Мир оказался на пороге эры солнечной энергетики. Истощение запасов нефти, газа и угля дает мощный толчок развитию альтернативных источников энергии. Одним из самых перспективных направлений является солнечная энергетика. Ожидается, что к 2050 году энергия, полученная на основе излучения Солнца, обеспечит 20-25% потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно. Кроме того, по данным Всемирного Банка, миллиард человек находится без доступа к электроэнергии, и солнечная энергия позволит это исправить. Вместе с тем, по мнению экспертов, переход на новый энергоуклад будет долгим и непростым.
История солнечной энергетики
Идеи использования энергии Солнца для получения электричества появились уже давно. Так, в 1941 году писатель Айзек Азимов в рассказе «Логика» описал космическую станцию, которая излучает колоссальные объемы солнечной энергии посредством микроволновых импульсов. Первая солнечная батарея на основе кремния была создана 25 апреля 1954 года тремя сотрудниками всемирно известной Лаборатории Белла Кельвином Соулзером Фуллером, Дэрилом Чапин и Геральдом Пирсоном. Тогда производимая ей электроэнергия стоила в 100 раз дороже, чем электроэнергия с обычной ТЭЦ.
Из-за дороговизны солнечная энергия поначалу применялась в космических исследованиях. 17 марта 1958 года в США был запущен спутник с использованием солнечных батарей - Vanguard 1. Параллельно аналогичные исследования велись и в СССР. 15 мая 1958 года в Советском Союзе запустили инновационный спутник Спутник-3. Постепенно исследования в области солнечных батарей значительно повысили их КПД. Если в середине 1950-х годов он составлял 6%, то в последнее десятилетие - 26%. Стоимость за одноваттную ячейку солнечной батареи упала с 76 долларов до 30 центов. В наши дни солнечные фотоэлементы используются повсеместно. В качестве источника энергии они применяются непосредственно на солнечных электростанциях, в промышленности (авиапромышленность, автомобилестроение и т.п.), сельском хозяйстве, строительной сфере (например, эко-дома), автономных системах освещения и видеонаблюдения, космической отрасли и в быту. Солнечные батареи также нашли широкое применение в медицине, портативной электронике, для подзарядки электромобилей и т.д. Пристальное внимание на солнечную энергетику как альтернативу традиционной углеводородной весь мир обратил после нефтяного кризиса 1970-х годов, который стал первым энергетическим кризисом и до сих пор считается крупнейшим.
ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ Первая в мире велодорожка из солнечных панелей появилась в Нидерландах
«По данным Международного энергетического агентства, с учетом того, что за последние 10 лет стоимость преобразования солнечной энергии в электричество уменьшилась в несколько раз (если раньше цена за один ватт достигала 2-4 доллара, то сегодня - 0,8 долларов) и возникающей перспективы взимания штрафов за экологически вредные выбросы традиционных энергетик, к 2050 году половина электроэнергии в мире будет производиться на солнцеэнергетических станциях», - заявил технический директор Корпорации «Единый энергетический комплекс», председатель секции научно-технической коллегии НП Научно-технического совета Единой энергосистемы России Эдуард Перминов.
Почему за солнечной энергетикой будущее?
Стремительный рост глобальной экономики, в частности подъем Китая и Индии, пропорционально увеличивает потребность в энергии. По прогнозам, к 2030 году показатель вырастет как минимум на 50%. Параллельно истощаются запасы углеводородного сырья - нефть, уголь, сланец, природный газ являются невозобновимым природным ресурсом, поскольку накапливались миллионы лет. Все это заставляет человечество искать новые источники энергии. Одним из самых перспективных является энергия Солнца. Наша звезда - неисчерпаемый, дешевый и экологически безопасный источник энергии.
ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ Заработала самая мощная в мире солнечная электростанция
За неделю на Землю поступает так много солнечной энергии, что она превышает энергию всех мировых запасов топлива. Если посмотреть в количественном выражении, то за один час Солнце дает Земле объем энергии, который мировая экономика потребляет за целый год. В таком режиме наша звезда проработает еще несколько миллиардов лет, а значит, для человеческих нужд Солнце является практически неограниченным источником энергии. Также выгода заключается в том, что солнечные батареи изготавливают из кремния - часто встречающегося элемента (по распространенности в земной коре кремний занимает второе место после кислорода). Не зря его называют «нефтью двадцать первого века». 1 кг кремния в фотоэлектрической станции за 30 лет вырабатывает столько же электричества, сколько 75 тонн нефти на ТЭЦ.
«Солнечных станций в мире в два раза меньше, чем ветроэлеткростанций. Их общая мощность - примерно 230 гигаватт», - отметил Перминов.
«Сегодня в мире построена солнечная электростанция мощностью в 800 мегаватт. Также приступили к строительству СЭС мощностью 580 мегаватт. В России Саяно-Шушенская ГЭС вырабатывает 10 млн киловатт, то есть такая солнечная станция - это десять Саяно-Шушенских», - продолжил эксперт.
Недостатки солнечной электроэнергетики
Несмотря на колоссальные ожидания, которые возложены на солнечную электроэнергетику, многие исследователи обращают внимание и на неминуемые издержки. В числе главных минусов - необходимость использования больших площадей для размещения солнечных электростанций и фотоэлектрических установок, а также зависимость от погодных условий и времени суток - известно, что солнечная электростанция не работает вечерами и ночью, тогда так именно на это время приходится пик электропотребления. Скептически некоторые относятся и к экологической составляющей. Так, фотоэлементы содержат ядовитые вещества, в том числе свинец, кадмий, галлий, мышьяк, плюс ко всему производство чистого кремния для фотобатарей является достаточно «грязным». Еще один минус - высокая волатильность. Для того чтобы система солнечных электростанций эффективно работала, необходима масштабная и дорогостоящая модернизации электросетей, а также создание резервных мощностей из традиционных энергоносителей, которые можно подключить ночью или в пасмурные дни. В наше время главными факторами, ограничивающими массовое применение солнечных батарей, являются высокая цена производства, сложность технологии, а также высокие требования к качеству кремния.
«У солнечной энергии есть некоторые недостатки. Производство батарей является вредным. Вредны и сами материалы, и технологии. Но это можно отрегулировать. Плюс вопрос в площадях. Если строить большие станции, то нужны огромные территории - десятки гектаров, которые надо закрыть от солнца. На мой взгляд, это не является серьезным препятствием, нужно подготавливать площадки с панелями. Конечно, какая-то часть территории выбывает из хозяйственного оборота. Поэтому СЭС стараются ставить там, где нет земель для агропроизводства или выпаса рогатого скота», - отмечает Эдуард Перминов.
Какие страны на передовой
В марте этого года Международное энергетическое агентство назвало ТОП-10 стран, которые вышли в мировые лидеры по производству солнечной энергии. В первую тройку вошли Германия (38,250 мегаватт), Китай (28,330 мегаватт) и Япония (23,409 мегаватт). А вот США, несмотря на наличие больших ресурсов, заняли лишь пятую строчку. Также в десятку вошли Италия, Франция, Испания, Австралия, Бельгия и Южная Корея. Общая совокупность солнечных электрических мощностей всего мира составляет 177,003 мегаватт - этого хватит, чтобы обеспечить электричеством более 29 млн домов. По мнению исследователей, после того как ниша привлекательности солнечной энергетики заполнится в Европе, вектор производства и применения солнечных фотоэлементов сместится в страны Азии.
«Передовые позиции в солнечной энергетике занимает Китай. Мощность ветроустановок там - около 130 тысяч гигаватт. По солнцу - порядка 50-60 гигаватт. На втором месте стоит Германия по солнцу, а по ветру - Америка, но она в два раза отстает от КНР. Активно альтернативную энергетику развивают Иран, Египет, Испания. Германия по интенсивности солнечного излучения сравнима с Россией», - заявил Эдуард Перминов.
ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ Елена Батурина вложила €10 млн в солнечную энергетику Европы
Россия в очереди за Солнцем
В России солнечная энергетика развивается медленно, но верно. По подсчетам, потенциал солнечной энергии, поступающей на территорию РФ за три дня, превышает энергию всего годового производства электроэнергии в нашей стране. Общая мощность солнечных электростанций в стране в настоящее время составляет порядка 60 мегаватт. В рамках развития этой отрасли при поддержке государства развивается соответствующая инфраструктура. Так, в начале февраля 2016 года солнечная электростанция заработала в Чите, в декабре 2015 года - в Орске и Абакане. В октябре того же года в эксплуатацию были введены сразу три СЭС в Якутии. В краткосрочных планах предусмотрена реализация и других проектов. На российской территории самыми перспективными для развития солнечной энергетики являются юго-западные (Калмыкия, Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край, Волгоградская область, Астраханская область и др.) и юго-восточные (Алтай, Приморье, Читинская область, Бурятия и др.) регионы.
ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ Ученые представили модель для перехода России на возобновляемую энергетику
Вместе с тем угнаться за Европой и Китаем России невозможно по ряду объективных причин. Например, поток солнечной энергии в средних широтах в 1,5 раза меньше, чем в азиатских странах. Также, по мнению экспертов, развитию альтернативной энергетики в России мешает слабая техническая и правовая база и недостаточное производство оборудования. Однако, несмотря на препятствия, страна продолжает следовать курсом на развитие солнечной энергетики. Так, правительство в конце мая приняло пакет документов, призванных стимулировать развитие возобновляемой энергетики. Ожидается, что к 2020 году общая мощность солнечной энергетики в России увеличится почти в 1000 раз, однако ее доля в общем энергобалансе страны останется несущественной. При всем скептицизме очевидно одно - вопрос развития альтернативной энергетики становится все острее – по подсчетам, при текущем уровне добычи и потребления нефти в России хватит на 25 лет, природного газа - на 70 лет.
«В России, конечно, все очень скромно. Но нас подтягивает Крым. Там общая мощность солнечных станций примерно 400 мегаватт, из них 250 мегаватт подключены и работают. Два года назад «Ренова» Вексельберга с Чубайсом возвели в Новочебоксарске завод про производству солнечных панелей, и из этих панелей построили несколько солнечных электростанций в горном Алтае, две станции в Башкирии и одну в Оренбургской области. Но сейчас этот завод ставят на реконструкцию», - сообщил Перминов.
«Но все равно у нас мало энергии, вырабатываемой солнцем. Если в Китае и Германии эта доля – 10%, то у нас только 0,5%. В России вопрос заключается не только в финансировании. Должны быть соответствующие научные структуры, которые бы отслеживали, разрабатывали и создавали новые технологии. Те же фотоэлектрические панели - очень сложное производство», - подчеркнул он.
Внимание научного сообщества
Несмотря на все недостатки, солнечная энергетика в наши дни продолжает активно развиваться, а лучистая энергия - дешеветь, конкурируя с углеводородным топливом. К этой сфере приковано внимание ученых со всего мира. Так, сегодня, 25 июля, открывается очередная международная конференция по фотохимическому преобразованию и запасанию солнечной энергии - с 1974 года мероприятие проводится один раз в два года в ведущих мировых научных центрах. В этом году впервые форум принимает Россия. В Петербург съехались ученые из 40 стран. Они обсудят возможность массового применения солнечных батарей нового поколения, проблемы управляемого фотосинтеза и получения «солнечного топлива» - водорода.
Источник: Официальный сайт Роскосмоса (автор не указан)
ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ Австралийцы «выжали» из солнечных батарей рекордный КПД
«У применяемых сейчас на земле и в космосе фотоэлементов КПД составляет 24%, но уже сейчас понятно, что новое поколение будет значительно дешевле в производстве. Поэтому если темпы исследований сохранятся, то уже через 5 лет разработки найдут применение в экономике», - цитирует ТАСС председателя оргкомитета форума профессор Санкт-Петербургского государственного университета Алексея Емелина.
Производство солнечной электроэнергии в мире ежегодно увеличивается на 20-30% - редко какая отрасль может похвастаться такими темпами роста. Однако с учетом будущего, солнечная энергетика требует еще более интенсивного развития. Эксперты сходятся в том, что она нуждается в объемных инвестициях и инновационных решениях.
Татьяна Бузятова
Подробнее в сюжете: Энергетика
