Введение Солнце источник энергии

Содержание

 

 

Введение
	Солнце – источник энергии
1.1	Солнечная радиация
1.2	Солнечный свет
	История развития солнечной энергетики
2.1	Развитие солнечной энергетики в мире
2.2	Развитие солнечной энергетики в Казахстане
2.3	Развитие солнечной энергетики в наши дни
	Солнечные панели - как альтернативный источник электроэнергии
3.1 3.2 3.3	История развития технологии солнечных панелей Солнечные батареи Виды солнечных панелей. Материалы панелей Инновационные разработки в области солнечной энергетики и применение солнечных панелей
Заключение
Список литератур

 

Введение

 

 

Из всех отраслей народного хозяйства энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Энергообеспечение - это основа нормального функционирования любого производства, а, следовательно, и всей человеческой цивилизации. Тепло и свет в домах, работа станков и агрегатов на производстве, транспортные потоки и сельская страда – все это многочисленные лики энергетики. Различные технические достижения давно уже стали для нас частью жизни, однако все они возможны только при условии достаточного и доступного энергообеспечения, за счет освоения альтернативных видов энергии, новых технологий добычи и переработки первичных энергоносителей.

Производство энергии из традиционных источников, учитывая все возрастающую потребность в ней, губительно сказывается на экологическом состоянии планеты. Тепловые электростанции, выделяющие в процессе работы огромные количества углекислого газа, вызывают парниковый эффект, являющийся причиной глобального потепления климата. Выбросы оксидов серы и азота достаточно велики даже при наличии дорогостоящих очистных сооружений. В соединении с атмосферной влагой, эти оксиды вызывают кислотные дожди, приводящие к гибели лесов, уменьшению рыбных запасов, снижению плодородности почвы. В кислой воде повышается растворимость тяжелых металлов и их соединений, которые могут попадать в питьевую воду. Еще более опасны и непредсказуемы атомные электростанции, выбрасывающие в атмосферу около 26 тонн радиоактивных отходов в день. Кроме этого велик риск аварий на АЭС, могущих стать катастрофой для всего человечества. Все это вызывает справедливую тревогу экологов.

Другой проблемой традиционной энергетики, использующей главным образом ископаемые виды топлива - нефть, газ, уголь, является истощение их запасов, которые далеко не бесконечны. Поэтому их называют не возобновляемыми источниками энергии. Потребление нефти в мире в течение одного года эквивалентно ее количеству, образующемуся за 2 млн. лет. Истощение ресурсов повышает себестоимость и трудоемкость добычи, а также сокращение объемов добываемого топлива. Запасов же урана, по подсчетам специалистов, хватит не более, чем на 50 лет.

Сокращение запасов природных энергоресурсов, неизбежное загрязнение окружающей среды поставили человечество перед необходимостью поиска и использования новых возобновляемых источников энергии. Источников энергии на Земле много, но их уже сейчас катастрофически не хватает. По прогнозам экспертов к 2020 году энергии потребуется почти в три раза больше, чем в настоящее время. Кризис 70-х годов двадцатого века стал первым вестником энергетического кризиса, вызвавшим повышенный интерес к альтернативным возобновляемым источникам энергии. Такими источниками являются:

-солнечная энергия;

-энергия ветра;

-гидроэнергия;

-энергия биомассы.

 

 

1 Солнце – источник энергии

 

 

Солнце, как известно, является первичным и основным источником энергии для нашей планеты. Оно греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветру. Под его лучами вырастает 1 квадриллион тонн растений, питающих, в свою очередь, 10 триллионов тонн животных и бактерий. Благодаря тому же Солнцу на 3емле накоплены запасы углеводородов, то есть нефти, угля, торфа которые мы сейчас активно сжигаем. Для того чтобы сегодня человечество смогло удовлетворить свои потребности в энергоресурсах, требуется в год около 10 миллиардов тонн условного топлива (теплота сгорания условного топлива - 7 000 ккал).

Если энергию, поставляемую на нашу планету Солнцем за год, перевести в то же условное топливо, то эта цифра составит около 100 триллионов тонн. Это в десять тысяч раз больше, чем нам нужно. Считается, что на 3емле запасено 6 триллионов тонн различных углеводородов. Если это так, то содержащуюся в них энергию Солнце отдает планете всего за три недели. И резервы его настолько велики, что светиться так же ярко оно сможет еще около 5 миллиардов лет. 3емные зеленые растения и морские водоросли утилизируют примерно 34% поступающей от Солнца энергии. Остальное теряется почти впустую, расходуясь на поддержание комфортного для жизни микроклимата в глубинах океана и на поверхности Земли. И если бы человек смог взять для своего внутреннего потребления хотя бы один процент (то есть 1 триллион тонн того самого условного топлива в год), то это бы решило многие проблемы на века вперед.

Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 10¹³) кВт·ч энергии в год. Общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот, же период.

Солнечная энергия преобразуется в полезную энергию и косвенным образом, трансформируясь в другие формы энергии, например, энергию биомассы, ветра или воды. Энергия Солнца "управляет" погодой на Земле.

Рисунок 1 – Энергия солнца

Наиболее перспективной с точки зрения неисчерпаемости, экологической чистоты и распространенности среди возобновляемых альтернативных источников энергии является солнечная радиация. Энергия солнца является не только источником света, жизни, тепла, но и основным фактором развития цивилизации.

Каждую секунду солнце излучает 88·1024 кал. или 370·1012 ГДж теплоты. Из этого количества теплоты на Землю попадает лишь 1,2.1012 Вт (за год 1018 квт·ч), что в 10 000 раз больше всей энергии, потребляемой в мире. Киловатт.час – это то количество энергии, которое требуется для работы одной лампочки накаливания мощностью 100 Вт в течение 10 часов. Если энергетический потенциал Солнца рассчитывать по количеству солнечной энергии, падающей только на незанятые человеком территории, то и в этом случае среднегодовая мощность составит около 10 000 ГВт, что превышает более, чем в 5000 раз мощность всех существующих на сегодняшний день стационарных электростанций. Лишь одна миллионная часть энергии, излучаемой Солнцем, перехватывается внешними слоями земной атмосферы. Но только 47 % этой энергии достигает поверхности Земли, расходуясь на отражение, рассеивание и поглощение различными атмосферными газами и аэрозолями.

 

 

1.1 Солнечная радиация

 

 

Солнечная радиация – это электромагнитное излучение в диапазоне волн длиной 0,28-3,0 мкм. Части солнечного спектра, представляющие интерес с точки зрения целесообразности ее использования для производства тепла и электроэнергии – это:

-ультрафиолетовые волны длиной 0,28-0,38 мкм (2% солнечного спектра);

-световые волны длиной от 0,38 до 0,78 мкм (49 % солнечного спектра);

-инфракрасные волны длиной от 0,78 до 3,3 мм (большая часть оставшейся части спектра).

Рисунок 2- Энергия солнца попадающая на долю Земли и за пределами атмосферы

 

Количество энергии, попадающей на единицу площади поверхности в единицу времени определяется рядом факторов: широтой местности, климатическими условиями, сезонностью, углом наклона поверхности по отношению к Солнцу, характером местности (наличием загораживающих солнце деталей рельефа, деревьев и т. д.).

Количество солнечной радиации, падающей на поверхность Земли, не отличается равномерностью, вследствие движения Солнца, и неодинаково как в разное время суток, так и в разное время года. Так, например, в полдень, Солнце находится высоко над горизонтом, что приводит к уменьшению пути прохождения солнечного излучения через земную атмосферу (оно движется по прямой) и, соответственно, меньшему поглощению и рассеиванию. Следовательно, в полдень большее количество солнечного излучения достигает поверхности Земли, чем, если бы это было утром или вечером. А это значит, что эффективность солнечных лучей в течение дня неодинакова и, следовательно, различается и производительность фотоэлектрических систем в разное время суток. Лучи, падающие на солнечные элементы под малым углом, малопригодны для выработки электроэнергии. Количество солнечной энергии, падающей на Землю, отличается от среднегодовых значений и по временам года. Так, на севере Европы оно меньше среднегодового значения зимой на 0,8 кВт.ч/м2 в день и больше на 4 кВт.ч/м2 летом. Меньшей инсоляцией объясняется малая долгота дня и меньшая освещенность зимой. По мере приближения к экватору эти различия сглаживаются. Количество солнечной энергии зависит и от географической широты местности и оно тем больше, чем местность ближе к экватору. В пустынях Африки, Ближнего Востока и Австралии среднегодовое суммарное солнечное излучение, падающее на горизонтальную поверхность, составляет приблизительно 2200 кВт·ч/м2, а в Средней Азии, Канаде, Центральной Европе в среднем 1000 кВт·ч/м2

Ниже приведена таблица зависимости количества солнечного излучения от географического положения местности и времени года.

Количество солнечной радиации в Европе и странах Карибского бассейна, кВт·ч/м2 в день.

 

Таблица 1- Солнечное излучения от зависимости географического положения местности и времени года

 

	Южная Европа	Центральная Европа	Северная Европа	Карибский регион
Январь	2,6	1,7	0,8	5,1
Февраль	3,9	3,2	1,5	5,6
Март	4,6	3,6	2,6	6,0
Апрель	5,9	4,7	3,4	6,2
Май	6,3	5,3	4,2	6,1
Июнь	6,9	5,9	5,0	5,9
Июль	7,5	6,0	4,4	6,0
Август	6,6	5,3	4,0	6,1
Сентябрь	5,5	4,4	3,3	5,7
Октябрь	4,5	3,3	2,1	5,3
Ноябрь	3,0	2,1	1,2	5,1
Декабрь	2,7	1,7	0,8	4,8
ГОД	5,0	3,9	2,8	5,7

 

Рассеивание и поглощение солнечной энергии, уменьшающие величину солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, сильно зависят и от антропогенных факторов, таких как выбросы промышленных предприятий, городской смог, а также природных явлений: деятельности вулканов, выбрасывающих в атмосферу колоссальные количества пепла, дыма лесных пожаров, пылевых бурь и т. д.

 

 

1.2 Солнечный свет

 

 

Использование энергии солнечного света – это наиболее экологичный и естественный способ получения различных форм столь необходимой нам энергии. Количество солнечной энергии, попадающей на крыши и стены зданий, во многих странах мира значительно превышает потребности в ней жителей этих домов. Остается только использовать эту энергию. Солнечные коллекторы, вырабатывая тепло, способны обеспечить горячей водой и отоплением, а фотоэлектрические установки преобразуют солнечный свет непосредственно в электроэнергию. Солнечные коллекторы и солнечные элементы образуют, так называемые, активные солнечные системы. Напротив, пассивные системы создаются лишь при правильной ориентации зданий по отношению к Солнцу, подбором строительных материалов, позволяющим использовать солнечную энергию максимально эффективно.

Преобразование солнечной энергии в тепло и электричество происходит и косвенным образом при трансформации ее в другие формы энергии: энергию биомассы, приливов, ветра и т. д. Погода на Земле напрямую зависит от Солнца.. Неравномерное нагревание воздуха в различных областях земного шара приводит к появлению ветра, вращающего лопасти ветроэлектростанций. Еще один возобновляемый источник энергии – биомасса, также образуется, благодаря энергии Солнца. Органические вещества в растениях, необходимые для производства тепловой и электрической энергии, появляются в результате фотосинтеза. Полезные ископаемые: уголь, нефть и газ – это тоже производные солнечной энергии.

Даже активные солнечные системы, такие, как солнечные коллекторы и фотоэлектрические батареи, необходимо правильно ориентировать по отношению к Солнцу, чтобы получить наибольший эффект от их использования.

Понятно, что любое солнечное оборудование лучше устанавливать на южной стороне здания. Важен и угол наклона. Стационарные солнечные батареи без системы слежения максимальное количество солнечной радиации в течение года получают, при их расположении под углом наклона относительно уровня горизонта, равным географической широте местности, в которой расположено здание. Поэтому при проектировании зданий, предполагающих использование энергии солнца, необходимо учитывать как угол наклона крыши, так и ориентацию на юг, а также расстояние от фотоэлектрических батарей до места потребления, которое должно быть как можно более меньшим, в целях уменьшения энергопотерь.

Оптимальный угол наклона зимой и летом

1. Солнце зимой

2. Солнце летом

Рисунок 3- Угол наклона лучей зимой и летом

 

Как мы уже отмечали, наибольшая эффективность солнечных батарей достигается при их ориентации по направлению к Солнцу и перпендикулярном расположении световоспринимающей поверхности по отношению к солнечным лучам.. В зимний период солнечные лучи падают на

земную поверхность под другим углом, нежели летом. Поэтому, желательно в летний период располагать солнечные панели в более горизонтальном положении, чем зимой. Зимой же угол наклона должен быть, соответственно, большим. Если же отсутствует возможность дважды в течение года менять угол наклона батарей, то выбирается некое оптимальное значение угла наклона, приемлемое для любого времени года (посередине между оптимальными летним и зимним углами наклона). Лишь при расположении в экваториальной местности панели должны располагаться строго горизонтально. Для весны и осени оптимальный угол наклона обычно выбирается равным географической широте местности. Для зимнего периода это значение увеличивают на 10-15 градусов, а для лета, наоборот, уменьшают на ту же величину. При небольших (до 5 градусов) отклонениях от оптимального значения угла наклона эффективность солнечных электросистем меняется незначительно. Гораздо большее влияние на вырабатываемую мощность оказывают погодные условия.

Главный олимпийский стадион в Пекине «Гнездо птицы» вошел в десятку лучших архитектурных сооружений 21 века. Его спортивные арены впечатляют не только своей оригинальной формой, но и самыми современными техническими решениями. Освещение стадиона обеспечивается энергией от солнечных батарей, размещенных на крыше и стенах сооружений.

 

Рисунок 4- Главный олимпийский стадион в Пекине «Гнездо птицы»

 

Строительство энергосберегающих домов с солнечными батареями становится все более популярным в странах Европы. Пока эта энергия довольно дорогая. Но пройдет 5-10 лет и выработка электроэнергии солнечными батареями станет рентабельной не только в Космосе, но и на Земле.

 

 

2 История развития солнечной энергетики

 

 

Многие из нас не подозревают, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен около 130 лет. Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Беккерель в 1839г. Это случайное открытие оставалось незамеченным вплоть до 1873г., когда Уиллоуби Смит обнаружил подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотя его первые опыты были далеко несовершенны, они знаменовали собой начало истории полупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии в лаборатории Белла был изобретен кремниевый солнечный элемент, который стал предшественником современных солнечных фотопреобразователей. Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии, который ученые называют наиболее перспективным в долговременном развитии мировой энергетики, на самом деле - довольно стар, просто сегодня он получил новый импульс. Первая научная работа по селеновому фотоэлементу была опубликована в 1876 году, в Британии. Лишь в начале 50-х годов 20-го века солнечный элемент достиг относительно высокой степени совершенства.

На современном этапе все началось с Альберта Эйнштейна. Многие помнят, что этот ученый был удостоен в 1921 году Нобелевской премии. Но мало кто знает, что получил он ее не за создание теории относительности, а за объяснение законов внешнего фотоэффекта. Еще в 1905 году он опубликовал работу, в которой, описал как именно и в каких количествах кванты света «вышибают» из металла электроны. Получить электрический ток с помощью фотоэффекта впервые удалось советским физикам в 30-е годы прошлого века. Произошло это в Физико-техническом институте, руководил которым знаменитый академик А.Ф. Иоффе. Правда, КПД тогдашних солнечных сернисто-талиевых элементов еле дотягивал до 1%, то есть в электричество обращался лишь 1% падавшей на элемент энергии, но задел был положен.

В 1954 году американцы Пирсон, Фуллер и Чапин запатентовали первый элемент с приемлемым (порядка 6%) КПД.

А с 1958 года кремниевые солнечные батареи стали основными источниками электричества на советских и американских космических аппаратах. К середине 70-х годов КПД солнечных элементов приблизился к 10-процентной отметке и... почти на два десятилетия замер на этом рубеже. Для космических кораблей этого вполне хватало, а для наземного использования производство весьма дорогих солнечных батарей 11 кг кремния необходимого качества стоил тогда до 100 долларов) по сравнению с сжиганием дешевой нефти выглядело непозволительной роскошью. Как следствие-большинство исследований по разработке новых технологий в области солнечной энергетики было свернуто, а финансирование оставшихся сильно сокращено. В начале 90-х годов нынешний лауреат Нобелевской премии академик Жорес Алферов на собрании АН СССР заявил, что если бы на развитие альтернативной энергетики было бы потрачено хотя бы 15% из тех средств, что мы вложили в энергетику атомную, то АЭС нам бы сейчас вообще бы ли не нужны. Судя по тому, что даже на тех крохах, которые выделялись «на Солнце», удалось к середине 90-х поднять КПД солнечных элементов до 15%, а к началу нового века - до 20%, утверждение академика недалеко от истины.

Исторически сложилось так, что на проектирование зданий влияли местные климатические условия и доступность строительных материалов. Позднее человечество отделило себя от природы, идя по пути господства и контроля над ней. Этот путь привел к однотипному стилю зданий практически для любой местности. В 100 году н. э. историк Плиний Младший построил летний домик в Северной Италии, в одной из комнат которого были окна из тонкой слюды. Комната была теплее других, и для ее обогрева требовалось меньше дров. В известных римских банях в I-IV ст. н. э. специально устанавливались большие окна, выходящие на юг, для того чтобы больше солнечного тепла поступало в здание. К VI ст. солнечные комнаты в домах и общественных зданиях стали настолько обычны, что Джастиниан Коуд ввел "право на солнце", чтобы гарантировать индивидуальный доступ к солнцу. В XIX веке были очень популярны оранжереи, в которых было модно прогуливаться под сенью пышной растительной листвы.

Из-за перебоев с электроэнергией во время второй мировой войны к концу 1947 года в США здания, пассивно использующие солнечную энергию, пользовались таким огромным спросом, что "Libbey-Owens-Ford Glass Company" издала книгу под названием "Ваш Солнечный Дом", в которой были представлены 49 лучших проектов солнечных зданий. В середине 50-х годов ХХ века, архитектор Франк Брайдджерс разработал первое в мире пассивное солнечное здание для офисного помещения. Установленная в нем солнечная система для горячего водоснабжения работает с того времени бесперебойно. Само же здание "Брайдджерс-Пэкстон" занесено в национальный исторический регистр страны как первое в мире офисное здание, обогреваемое при помощи энергии Солнца.

Низкие цены на нефть после второй мировой войны отвлекли внимание населения от солнечных зданий и вопросов энергоэффективности. Начиная с середины 1990-х, рынок меняет свое отношение к экологии и использованию возобновляемой энергии, и в строительстве появляются тенденции, для которых характерно сочетание проекта будущего здания с окружающей природой.

 

 

2.1 Развитие солнечной энергетики в мире

 

 

В большинстве стран мира количество солнечной энергии, попадающей на крыши и стены зданий, намного превышает годовое потребление энергии жителями этих домов. Использование солнечного света и тепла - чистый, простой, и естественный способ получения всех форм необходимой нам энергии. При помощи солнечных коллекторов можно обогреть жилые дома и коммерческие здания или обеспечить их горячей водой. Солнечный свет, сконцентрированный параболическими зеркалами (рефлекторами), применяют для получения тепла (с температурой до нескольких тысяч градусов Цельсия). Его можно использовать для обогрева или для производства электроэнергии. Другой способ производства энергии с помощью Солнца - фотоэлектрические технологии. Фотоэлектрические элементы - это устройства, которые преобразовывают солнечную радиацию непосредственно в электричество.

Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы. К активным солнечным системам относятся солнечные коллекторы и фотоэлектрические элементы. Пассивные системы получаются с помощью проектирования зданий и подбора строительных материалов таким образом, чтобы максимально использовать энергию Солнца.

В США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн. домов. В Германии разработана новая технология прозрачной теплоизоляции зданий и солнечных коллекторов с температурой 90-50 гр.С. При наличии такой технологии зеркал в России целесообразно массовое производство СЭС в южных районах, где имеются газопроводы или небольшие месторождения газа и прямая солнечная радиация превышает 50% от суммарной. В США существует несколько экспериментальных фотоэлектрических станций мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт, работающих на энергосистему. Вторая фаза массового производства и использования СЭС в энергосистеме связана с созданием технологий и материалов, позволяющих снизить стоимость установленной мощности примерно в 5 раз, до 1-2 долл/Вт, а стоимость электроэнергии до 0,10-0,12 долл./кВт. ч. Принципиальным ограничением для такого снижения стоимости является высокая стоимость кремния солнечного качества - 40-100 долл/кг. Поэтому создание новых технологий получения кремния, обеспечивающих радикальное - на порядок - снижение его стоимости, является задачей номер один в перечне альтернативных технологий в энергетике.

Однако встречаются и более серьезные системы. Одна из таких была сооружена в США в штате Нью-Мексико еще в 1978 году и работает до сих пор. Это Национальная солнечная установка для тепловых испытаний. Принадлежит она Пентагону и применяется для проверки жаропрочности корпусов военных и гражданских ракет. Состоит NSTTF из 60-метровой башни-мишени и 220 гелиостатов, размером 6х6 метров каждый. Зеркала, подобно архимедовой установке, направляют свои солнечные зайчики в одно полутораметровое пятнышко на верхушке установки, где температура в солнечные дни поднимается до 2 000°С. Всего в 2,5 раза меньше, чем на поверхности Солнца, и в 2 раза выше температуры горения напалма. Установка имеет площадь зеркал 8 500 м² и тепловую мощность 5 МВт.

Существуют два основных способа преобразования солнечной энергии: фототермический и фотоэлектрический. В первом, простейшем, теплоноситель (чаще всего вода) нагревается в коллекторе (системе светопоглощающих труб) до высокой температуры и используется для отопления помещений. Коллектор устанавливают на крыше здания так, чтобы его освещенность в течение дня была наибольшей. Часть тепловой энергии аккумулируется: краткосрочно (на несколько дней) - тепловыми аккумуляторами, долгосрочно (на зимний период) - химическими. Солнечный коллектор простой конструкции площадью 1 м2 за день может нагреть 50-70 л воды до температуры 80-90°С. Использование солнечных коллекторов позволяет снабжать горячей водой многие дома в южных районах.

И все же будущее солнечной энергетики - за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов - солнечных батарей. Еще в 30-х годах прошлого века, когда кпд первых фотоэлементов едва доходил до 1%, об этом говорил основатель Физико-технического института (ФТИ) академик А. Ф. Иоффе. Предвидение ученого воплотилось в жизнь в конце 1950-х годов с запуском искусственных спутников Земли, главным энергетическим источником которых стали панели солнечных батарей. Сейчас во всех странах мира идет активная продажа солнечных батарей.

Солнечное электричество призвано компенсировать истощающиеся запасы нефти и газа. К концу века оно будет доминирующим и, по разным оценкам, составит до двух третей всей выработки электроэнергии. Сегодня же его «взнос» в мировые энергосети более чем скромен - всего 2 ГВт (гигаватт) в год. Прогноз Еврокомиссии до 2030 года предрекает, что эта цифра достигнет 150 ГВт. Главные игроки на рынке солнечных энергосистем - Япония, Европа и США, где программы развития этого направления энергетики стали «национальными»

 

 

2.2Развитие солнечной энергетики в Казахстане

 

 

На казахстанский рынок поставлялись импортные образцы техники для солнечной энергетики. Это сильно сказывалась на ценах. К примеру, стоимость фотоэлектрических систем освещения (уличных фонарей с солнечной батареей) составляет 200-250 тысяч тенге. Переносные станции подзарядки: 170-200 тысяч тенге. Автономные системы энергоснабжения: от 830 тысяч до 21,6 млн. тенге. Электрические котлы: от 48 до 95 тысяч тенге. При подобном уровне цен, солнечная энергетика доступна только наиболее богатой части общества, хотя все должно быть как раз наоборот, и солнечная энергетика в первую очередь должна быть достоянием небогатых слоев общества. Это вызвано тем, что подавляющее большинство образцов оборудования имеет очень малую мощность. К примеру, автономные системы энергоснабжения на фотоэлектрических преобразователях, имеют мощность в диапазоне 0,3-3 кВт, иногда до 5-8 кВт.

3 кВт – это потребление электроэнергии в одной квартире (холодильник, телевизор, компьютер, 5-6 лампочек). Если мы берем загородный дом, где требуется насос, нагрев воды и так далее, то требуется мощность до 20 кВт. Самое малое производство требует мощности источника энергоснабжения свыше 100 кВт. Потому солнечная энергетика практически не интересна крупному и даже среднему бизнесу, поскольку им требуется значительно большая мощность.Оборудование мощности до 10 кВт может использоваться преимущественно частными домовладельцами в малых городах или сельской местности, а также индивидуальными предпринимателями с самым небольшим бизнесом. Но для них оборудование солнечной энергетики недоступно по цене.

Без собственного производства оборудования для солнечной энергетики: комплексов для индивидуальных домов, переносных генераторов, автономных систем энергоснабжения, осветительных устройств, нечего и надеяться на широкое развитие солнечной энергетики в Казахстане. Высокие цены создают столь высокий барьер, что при господстве на рынке импортного оборудования для солнечной энергетики, эта отрасль еще долго обречена быть экзотической диковинкой.

Долгое время перспектива развития этой новой отрасли энергетики была в большей степени умозрительной, нежели реальной. Но в 2007 году были сделаны первые шаги по освоению новой отрасли, и были инициированы проекты по строительству заводов, на которых будет выпускаться как кремниевое сырье, так и готовые фотоэлектрические преобразователи.

Наиболее крупный проект реализует ТОО Silicium Kazakhstan, входящая в группу компаний «Баско». В Индустриальном парке Темиртау в Карагандинской области строится завод мощностью 25 тысяч тонн высокочистого кремния, 10,5 тысяч тонн микрокремнезема и 875 тонн кремниевого шлака. В будущем планируется создать вторую очередь предприятия и довести производство до 50 тысяч тонн высокочистого кремния. Добыча кварца в объеме 130 тысяч тонн в год будет осуществляться на месторождениях Актас и Ашколы-III в Улытауском районе Карагандинской области, а в поселке Жезды будет размещена фабрика по обогащению кварца.

Партнерами компании является германский концерн Thyssen Krupp, российская группа компаний «Титан», а также Deutsche Bank. В строительство завода будет вложено 94 млн. евро. По состоянию на март 2008 года, освоено 25% общей суммы инвестиций. По планам компании завод в Темиртау должен быть запущен в 2008 году, однако завершение и пуск завода несколько затягиваются. Впрочем, ТОО Silicium Kazakhstan уже обеспечила завод электроэнергией, подписав с AES соглашение о поставке с Экибастузских ГРЭС электроэнергии в течение 2008-2017 годов в объеме 4 тысяч МВт в год.

Еще два проекта планируется реализовать в Индустриальном парке Астаны и в свободной экономической зоне «Морпорт Актау».

Компания Kun Renewables, Lancaster Group Kazakhstan планирует построить в Астане в Индустриальном парке завод по производству поликристаллического кремния (первый этап), моно- и мультикристаллических пластин (второй этап). В производство планируется инвестировать 390 млн. долларов. Компания уже заключила соглашение с AES на поставку электроэнергии с Усть-Каменогорской и Шульбинской ГЭС, с 2009 по 2021 годы в объеме 50 МВт. Завод в Астане намного скромнее и будет производить 2,5 тысяч тонн поликристаллического кремния в год.

В октябре 2007 года был начат проект строительства завода элементов солнечных батарей в Актау. Владелец завода – ТОО «SilicaSolar-Aktau», разместит предприятие на территории СЭЗ «Морпорт Актау». Инвестиции в производство составят 105 млн. евро, ввод планируется в конце 2009 года. Проект предполагается реализовать в три этапа. На первом этапе будет налажено производство кристаллических стержней и пластин (солнечных батарей) годовой суммарной мощностью 110 МВт. На втором этапе намечено производство электронных плат (ячеек) суммарной мощностью 77 МВт. На третьем этапе — выпуск электронных дисплеев суммарной мощностью 20 МВт. Технология предоставляется немецкой фирмой «Schmid Group».27 мая 2008 года администрация СЭЗ «Морпорт Актау» подписала с ТОО «SilicaSolar-Aktau» соглашение о строительстве завода. «На заводе будет установлено новейшее технологическое оборудование, лаборатория, отвечающая международным стандартам. Кроме того, будет предусмотрена техническая возможность для наращивания объема выпускаемой продукции», – заявил директор СЭЗ «Морпорт Актау» Зейнулла Казиев. «Планируется ежегодно выпускать продукцию на общую сумму в 121 млн. долларов», – заявил директор ТОО «SilicaSolar-Aktau» Кайрат Акуов.

Первые шаги в масштабном освоении Казахстаном новой и перспективной отрасли промышленности сделаны. Однако, строительство крупных предприятий по производству поликристаллического кремния еще не означают, что Казахстан сделается лидером в использовании солнечной энергетики. Пока что все перечисленные проекты – экспортного назначения и собираются 100% продукции экспортировать в Японию, Южную Корею, США, страны ЕС, как раз для производителей готового оборудования для солнечной энергетики. Даже Актауский завод оборудования планирует поставлять 80% продукции в страны Евросоюза.

Это дело нельзя оставлять на самотек, потому что есть риск, что Казахстан так и останется производителем полуфабриката для кремниевой промышленности, тогда как производство готовой продукции с очень высокой добавленной стоимостью (элементов микроэлектроники, солнечных батарей и так далее) останется за зарубежными партнерами. Казахстан тогда попадет в очень неприятное положение, когда, имея крупное производство кремниевого полуфабриката, окажется, вынужден платить высокую цену на импортные солнечные батареи, сделанные из казахстанского же кремния.

Потому нужно добиться того, чтобы эти предприятия, сразу же после начала производства поликристаллического кремния, не увлекались экспортными поставками, а сразу же осваивали производство готовых солнечных батарей для нужд казахстанского внутреннего рынка. Пусть на первых порах они будут не столь высокого качества, как импортные, не столь высокого КПД, не столь совершенного дизайна. Главное, чтобы они были доступны по цене и количеству, чтобы можно было начать масштабное продвижение солнечной энергетики в те регионы Казахстана, которые больше всего в ней нуждаются. Потому в первую очередь, для внедрения, нужно добиться, чтобы оборудование солнечной энергетики производилось в Казахстане, и основная номенклатура была по конечным ценам не выше двух средних месячных заработных плат (по нынешним меркам 108 тысяч тенге).

Нужно добиться, чтобы жители южных областей Казахстана привыкли к солнечной энергетике, как к неотъемлемой части своей жизни. Это сформирует рынок и даст возможность казахстанским производителям наращивать производство солнечных батарей, совершенствовать их конструкцию и технические характеристики.

 

 

2.3 Развитие солнечной энергетики в наши дни

 

Сегодня мы даже представить не можем, на каком этапе развития была бы например космическая отрасль без применения солнечных батарей. В 70-х годах прошлого века, на пике развития космоса, КПД солнечных панелей уже достигал примерно 10%. Это позволяло использовать энергию солнца для электропитания спутников и орбитальных станций. Но использовать такие солнечные батареи кроме как в космосе не имело смысла из-за их дороговизны.

Но время не стояло на месте, и в 90-х годах наметился позитивный сдвиг в развитии альтернативных источников энергии. Не обошёл прогресс стороной и солнечные панели.

До сих пор самым распространённым материалом, используемым для производства солнечных батарей, является кремний. Но наука стремительно движется вперёд, совершенствуются технологии изготовления, применяются новые материалы. Коэффициент полезного действия солнечных панелей постоянно повышается. Как объясняют исследователи, традиционные солнечные элементы действуют по принципу “один электрон в обмен на один фотон” и их теоретический максимальный КПД может достигать 31%. Возможность реализации другого принципа “один фотон – несколько электронов” была продемонстрирована группой американских учённых из Лос-Аламоса. Используя эту технологию можно достигнуть максимального КПД, составляющего 65%. Но это в теории.

В реальности же, уже разработана самая эффективная на сегодняшний день модель солнечной панели: её КПД превышает 40%. Это уже сравнимо с эффективностью бензиновых и дизельных двигателей

 

Солнечные панели - как альтернативный источник электроэнергии

  За последние годы во всем мире наблюдается все возрастающая тенденция к… Солнечные батареи (далее СБ) – это генераторы электроэнергии, которая преобразовывается ими от солнечной энергии, при…

Солнечные батареи для бытовых нужд

Рисунок 14 -Калькулятор на солнечных батареях может работать всегда и везде,…  

Http://www.solar-tlt.ru/articles/solnechnie-paneli-kak-alternativniy-istochnik.html

25. http://www.polyset.kz/?p=900

26. http://www.dvfond.ru/sun/

27. http://pvrussia.ru/?p=1153

28. http://solar.org.ua/articles/1332406500