Солнечная энергия: подарок с небес или посредственное благо?

Системы естественного освещения

Один из методов применения пассивных технологий солнечной энергетики для обустройства офисов и жилых помещений. Суть этого метода заключается в использовании солнечного света в качестве альтернативы электрическим лампам и светильникам. Необходимость построения систем естественного освещения нужно продумывать на начальных стадиях планировки здания, так как здесь очень важную роль играет структура крыши дома, расположение окон. Помимо эстетического и психологического удовлетворения, системы естественного освещения могут помочь владельцам сэкономить на электричестве и выделиться среди когорты ценителей необычных архитектурных решений. Главным недостатком этого метода пассивных технологий солнечной энергетики является сложность разработки и реализации.

«Кухонная» солнечная энергия

В далеком 1767 году Орас Бенедикт де Соссюр (Horace-Bénédict de Saussure) для нужд альпинистской деятельности сконструировал печь для приготовления пищи силой солнечных лучей. Сегодня усовершенствованная «солнечная» утварь широко используется в развивающихся странах. Нужно сказать, что такие устройства могут стать отличной альтернативой практики сжигания дров и угля, способствуя улучшению экологической ситуации.

Солнечные нагревательные установки

В данном случае солнечная энергия используется для нагрева воды в резервуарах, в основном для хозяйственных нужд. Интересно отметить, но первые такие установки начали продаваться в США еще в конце XIX века. Солнечные коллекторы пользовались широкой популярностью среди населения разных стран вплоть до 1920 года, пока не были вытеснены дешевыми и практичными горючими жидкостями (в то время бензину, как промежуточному продукту переработки нефти, еще не успели найти применение). Сегодня мировым лидером по использованию таких установок является Китай, где солнечные нагреватели занимают 80% сегмента этого специфического рынка. Отмечу, что с технической точки зрения эффективность коллекторов находится на довольно высоком уровне (87%). Солнечные нагревательные преобразователи служат отличными заменителями газовых колонок в быту, обеспечивая потребителей горячей водой для бассейнов и душевых. Известно, что с помощью особых конструкций коллекторов можно также качать воду из глубоких колодцев, обессоливать ее; сушить фрукты, овощи и даже замораживать продукты.

Гелиоконцентраторы

Каждый из нас с детства помнит немного опасные игры с собирательной линзой и солнечными лучами, когда в жаркий день можно было в считанные минуты поджечь бумагу или что-то «нарисовать» на школьном подоконнике. Ученые и инженеры, использующие метод фокусировки солнечных лучей для выработки электричества или тепла, по причине дороговизны и сложности изготовления огромных линз, используют массивы вогнутых зеркал (классические зеркальные панели или листы полированного алюминия). Зеркала являются составной частью гелиоконцентратора – установки, собирающей параллельные солнечные лучи в одной точке. Если в эту точку-фокус поместить трубу с теплоносителем (водой или другой жидкостью), она нагреется. Нужно сказать, что наибольшей эффективности работы таких установок можно добиться в южных широтах, однако в умеренной полосе гелиоконцентраторы пользуются не меньшей популярностью. К примеру, сейчас в Испании более 6000 домов города Севилья обеспечиваются электроэнергией, вырабатываемой гигантской гелиоэлектростанцией: 40-этажная установка фокусирует свет более чем из 600 зеркал, каждое из которых имеет площадь 120 квадратных метров. В этом году португальские энергетики практически побили мировой рекорд, соорудив исполинский массив из 52 тысяч солнечных батарей. Электростанция, занимающая площадь 60 гектар, вырабатывает 11 МВт энергии и обеспечивает светом 8000 домов. По словам разработчиков, эта электростанция должна производить 20 гигаватт-часов электричества, тем самым, сокращая выбросы углекислого газа в атмосферу на 13 тысяч тонн в год.

Солнечная энергетика сегодня: достижения и перспективы

Отвечая на вопрос заинтересованности ученых и государственных структур в солнечной энергии в наше время, можно с уверенностью сказать, что сейчас мы переживаем бум развития этой отрасли. Инженеры не перестают радовать потребителей новыми достижениями в этой сфере, делая энергию солнца доступнее, безопаснее и проще. Совсем недавно американские ученые выступили с громким заявлением в ближайшее время заменить арабскую нефть солнечной энергией Калифорнии. Нужно сказать, что тенденция роста цен на ископаемое топливо стимулирует и в некоторой степени оправдывает высокие затраты частных и государственных инвесторов на развитие и внедрение «солнечных» технологий. К примеру, фонды Khosla Ventures и Kleiner, Perkins, Caufield & Byers в этом месяце выделили американской компании Ausra, специализирующейся на изготовлении преобразователей солнечной энергии, 40 миллионов долларов на развитие отрасли. Не секрет, что в определенной мере заинтересованность общества в этом альтернативном источнике энергии является следствием обеспокоенности людей промышленными и транспортными выбросами парниковых газов – одной из причин глобальных изменений климата. К счастью, регулирующие структуры с каждым годом ужесточают требования по выбросам в атмосферу газов к государствам и отдельным компаниям. Предприниматели, уже сегодня способные предвидеть успешное будущее солнечной энергетики, готовы вкладывать в отрасль крупные деньги. К примеру, в конце лета стало известно, что группа инвесторов из Саудовской Аравии собирается запустить промышленное производство элементов солнечных батарей в Германии. Объем вкладываемых средств может превысить 450 миллионов евро. Отметим, что на данном этапе развития отрасли Германия является привлекательной площадкой для построения «солнечного» бизнеса, так как здесь, помимо масштабных государственных программ по распространению солнечных технологий среди населения (компенсация затрат на обслуживание фотоэлектрических установок, например), льготы предоставляются и компаниям-разработчикам. Очевидно, данный проект оправдает себя на все 100%. Поводом для таких утверждений может послужить стратегия изготовления именно тонкопленочных элементов солнечных батарей, в которых используется аморфный кремний. Если сравнивать эти технологии с обычными солнечными фотоэлементами, производимыми с применением чистого кремния, новые разработки потребляют в 200 раз меньше сырья, и поэтому выгодны.

Стратегия и тактика частного бизнеса по "производству солнечной энергии"

В наши дни, особенно в развитых странах, большой популярностью пользуются так называемые приватные или частные солнечные установки. В некоторой мере "семейная добыча" электричества посредством гелиоустановок превратилась в достаточно стабильный и прибыльный бизнес. Конечно, здесь важно учитывать большое количество специфических факторов (географическое расположение, климат, политика, рыночная ситуация), однако в США и в некоторых европейских странах много фермеров, доселе занимавшихся выращиванием скота, сегодня переоборудовали пастбища в поля для сборки солнечной энергии. Стратегия такого бизнеса проста – предприимчивые люди не только используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета, но и продают излишки энергии государственным структурам. К примеру, в Германии службы скупают солнечное электричество у фермеров, частных лиц, а потом продают его населению по низкой цене. Более того, стать участником этого специфического рынка может практически каждый – бизнесмены, устанавливающие фотоэлектрические преобразователи на крыши офисов, владельцы земельных участков. При нынешних ценах стандартная солнечная установка окупается за 8 с лишним лет.

Индивидуальная солнечная энергия

Немного отвлечемся от глобальных государственных программ, огромных массивов солнечных установок, мегаватт электричества и постараемся разобраться, чем солнечная энергия привлекательна сегодня для индивидуума, продвинутого в плане ИТ. Не каждый из нас ежесекундно задумывается о вредном влиянии на природу атомной энергетики или выбросов газов. Современный человек, решая задачу приобщения к чему-то новому и революционному, в первую очередь задается вопросом – «Смогу ли я на этом заработать или сэкономить, удобно ли это; может, лучше остаться при своем, уже существующем и привычном раскладе?» Разработчики, занимающиеся внедрением «солнечных» решений на рынок, в первую очередь делают акцент на том, что с их инновационными продуктами у пользователя появится возможность не только в некоторой мере поспособствовать стабилизации экологической ситуации в регионе, стране, но и неплохо сэкономить. К примеру, создатели фотогальванической мыши Sole Mio утверждают, что технологии, реализованные в новинке, позволяют экономить сотрудникам компаний на сотнях миллионов батареек. «Солнечные» технологии нашли свое применение и в транспортной промышленности. Более того, этот сегмент в несколько раз старше сферы «потребительской» солнечной энергетики. Об автомобилях, работающих на энергии солнца, говорили еще 20 лет назад, однако дороговизна и некая непрактичность воплощения проектов энтузиастов в жизнь заставляли большинство автомобилестроителей раз за разом откладывать конвейерное производство таких систем. Сегодня же уровень научно-технического прогресса предоставляет инженерам оптимум возможностей, необходимый для реализации самых смелых концептов. Ярким тому примером может послужить детище компании SunRed - Solar Bikе - прототип мотороллера с электродвигателем на фотогальванических элементах. В отличие от большинства не совсем удачных предшественников, Solar Bike выглядит стильно и немного напоминает раковину улитки. Только такая конструкция позволила разработчикам разместить на шасси двухколесного средства передвижения комплекс из фотоэлементов общей площадью 2,32 квадратных метра. Двигатель мотороллера дает возможность проехать на полностью заряженном аккумуляторе до 20 километров со скоростью 48 км/ч, что вполне приемлемо для поездок по городу. Этой осенью на очередном автошоу в Токио компания Mitsubishi пообещала показать посетителям несколько свежих «зеленых» концептов, среди которых самым ожидаемым считается автомобиль i MiEV (Mitsubishi innovative Electric Vehicle), работающий на энергии солнца и ветра. Этот миниатюрный 2-местный спорткар будет работать на 3 аккумуляторах. Два аккумулятора, приводящие в движение передние колеса, имеют мощность 20 кВт, а третий, мощностью 47 кВт, предназначен для задних колес. Трудно поверить, но такой, на первый взгляд, небольшой потенциал позволяет разогнать i MiEV до скорости 180 км/ч, что для городских поездок более чем достаточно. Батареи накапливают энергию посредством солнечной батареи, расположенной на крыше авто, а также используют нескольких воздушных турбин в передней части «машинки».

В качестве итога: солнечная энергетика и Россия

В завершение хотелось бы затронуть вопрос развития солнечной энергетики именно в России, стране с огромным энергетическим потенциалом, но, в то же время, со всеобщими экологическими и социальными проблемами. Одной из причин заинтересованности российских ученых в энергии солнца является интенсивный рост затрат на добычу и транспортировку угля, нефти и газа. Более того, дома 20 миллионов россиян до сих пор не снабжены системами централизованного электро- и теплоснабжения. Аналитики утверждают, что на данном этапе освоение рынка солнечной энергии в России стоит начинать с внедрения простых установок для нагрева воды сезонного типа. Особенно актуальна эта стратегия в регионах, где солнечным установкам придется практически на равных конкурировать с электронагревателями, работающими от дорогой электроэнергии. И делать это можно не только на юге страны, где тепло, но и в северных, западных регионах. По словам скептиков, географическое расположение России не позволяет в полной мере использовать потенциал поступающей солнечной радиации. Однако недавнее исследование специалистов Института высоких температур Российской академии наук (ИВТ РАН) подтвердило абсолютную несостоятельность этой гипотезы. В то же время, работающий в этой сфере эксперт Антон Данилов-Данильян, являющийся руководителем экономической рабочей группы при администрации президента РФ и председателем экспертного совета "Деловой России", отмечает, что наиболее выгодно устанавливать солнечные преобразователи в Ставрополье, Краснодарском крае, Ростовской области, Калмыкии, Астрахани, Саратовской, Самарской, Пензенской, Волгоградской, Оренбургской областях. В одном из своих интервью Данилов-Данильян отметил, что по сравнению с ядерной энергетикой у «солнечной» отрасли есть очевидные преимущества. Помимо огромных рисков, атомная энергетика требует гигантской площади на один мегаватт выходной мощности, да и в ее экологичности уверены не многие. Как видим, все еще противоречивая солнечная энергетика только начинает завоевывать рынки стран с рыночной экономикой и только развивающихся государств. Уверен, успех развития этой отрасли напрямую будет зависеть от того, как быстро мы сможем найти ответ на вопрос «Что делать с добытой фотоэлектрическими преобразователями энергией, когда зайдет солнце?», т.е. чем быстрее человек научится оперировать с энергией солнца, «укротит» ее, тем быстрее она искоренит уже устаревшие технологии. Источники информации:

• wikipedia.org
• sharp-world.com
• eetimes.com