База знаний

Солнечная энергия – самый перспективный источник на Земле

Запасы солнечной энергии на нашей планете неиссякаемы, а солнечная энергетика в настоящий момент становится самым быстрорастущим и наиболее перспективным направлением электроэнергетики. Учёные всего мира изо дня в день совершенствуют способы преобразования солнечной энергии в электрическую для возможности неограниченного её использования.

Солнечная электростанция

Какие существуют способы преобразования солнечной энергии, какова эффективность самого распространённого из них, насколько велико текущее её состояние и куда заведёт нас эпоха вездесущей солнечной энергии — рассмотрим в нашем новом материале.

СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Преобразование солнечной энергии.
  2. Эффективность солнечных панелей.
  3. Текущее состояние солнечной энергетики.
  4. Деление на сегменты.
  5. Совокупная установленная мощность.
  6. Развитие солнечной энергетики.
  7. Уровень проникновения.
  8. Поддержка на государственном уровне.
  9. Цели перехода на солнечную энергию.
  10. Стоимость солнечной энергии.
  11. Хранилища энергии.
  12. Передача энергии.
  13. Утилизация.

1. Преобразование солнечной энергии

Помимо всем известных солнечных панелей, преобразующих солнечный свет напрямую в электричество, мы знаем также солнечные коллекторы, солнечные вакуумные трубки [1] и солнечные реакторы [2], вырабатывающие тепло. Наверняка изобретены и другие устройства, эффективность которых ещё нужно доказать.

Солнечные трубки

2. Эффективность солнечных панелей

Эффективность, или КПД, солнечных элементов — это показатель количества энергии, которое способна преобразовать установка из солнечной радиации.

Поступает разрозненная информация об уровне эффективности того или иного устройства, а также способах её расчёта — на текущий момент принято считать достигнутым значение около 25% [3]. Это совсем немного. И можно только догадываться, когда мы сможем достичь значений, достойных гордости.

Лампу накаливания, получившую распространение на рубеже 19-20 веков, и имеющую эффективность 3-5%, мы смогли заменить светодиодами с КПД 90% лишь в текущем десятилетии.

3. Текущее состояние солнечной энергетики

Глобальная фотоэлектрическая база значительно выросла в 2022 году, достигнув почти 1,2 ТВт совокупной мощности. Из них, согласно отчёту [4]:

  • китайский рынок продолжает доминировать, как по вводимой, так и по совокупной мощности, и добавил 106 ГВт, получив 414,5 ГВт совокупной мощности;
  • Европа продемонстрировала уверенный рост с введённой мощностью 39 ГВт, во главе с Испанией (8,1 ГВт), Германией (7,5 ГВт), Польшей (4,9 ГВт) и Нидерландами (3,9 ГВт);
  • мощности в США выросли на стабильные 18,6 ГВт;
  • Индия продемонстрировала сильный рост с 18,1 ГВт;
  • Бразилия установила высокие 9,9 ГВт, что почти вдвое превышает новые мощности предыдущего года;
  • Япония осталась неизменной на уровне 6,5 ГВт, как и в 2021 году
График

4. Деление на сегменты

По итогам 2022 года значительно выросли как крышные, так и коммунальные сегменты. Если в предыдущие годы количество солнечных панелей, размещаемых на крышах домов, было в разы меньше коммунальных электростанций, то в прошлом — они подровнялись. Теперь 48% новых мощностей приходится на крышные.

Также растут новые сегменты солнечной энергетики, такие как плавающие фотоэлектрические системы и интегрированные в транспортные средства.

Плавучая фотоэлектрическая электростанция

5. Совокупная установленная мощность

Как уже было сказано, совокупная установленная мощность преодолела символическую отметку в 1 ТВт, достигнув 1 185 ГВт. Лидеры, от Китая до Индии и Германии (67,2 ГВт), имеют значительное превосходство относительно других: их позиции вряд ли будут оспорены в 2023 или 2024 году.

График

В России по итогам 2022 года общая мощность солнечных электростанций составила 1,8 ГВт, что в десятки раз меньше не только установленных мощностей указанных выше стран, но и новых мощностей в Китае за один лишь месяц.

К середине текущего календарного года Китай уже достиг отметки в 470 ГВт.

6. Развитие солнечной энергетики

Солнечная энергетика сейчас развивается намного быстрее, чем любая другая энергетическая технология в истории [5].

График

Сектор растёт примерно на 20% в год. Если так будет продолжаться, мы достигнем 6 ТВт примерно к 2031 году — это будет больше, чем совокупная мощность угля, газа, атомной энергии и гидроэнергетики. А к 2050 году рынок вырастет до 9,5 ТВт.

На данный момент солнечная энергия ещё уступает своему главному конкуренту среди возобновляемых источников, гидроэнергетике, но по наращиванию объёмов, по внедрению новых технологий, доступности и доверию инвесторов уже вырвалась в лидеры.

7. Уровень проникновения

Уровень проникновения подразумевает вклад солнечной энергетики в общую выработку системы. По этому показателю Испания — мировой лидер.

График

Ожидается, что по итогам текущего 2023 года более половины электроэнергии в Испании будет производиться из возобновляемых источников энергии [6].

Уровень проникновения солнечной энергетики в России составляет 0,79%. Для сравнения, у гидроэнергетики этот показатель равен 20%.

8. Поддержка на государственном уровне

Так как «солнечное» направление ещё является развивающимся, то без государственных субсидий не обходится ни одна страна. Исключениями оказываются лишь Китай и Австралия, в которых постепенно уходят от механизмов поддержки конечных пользователей, а фотоэлектрическая энергия становится конкурентоспособной и независимой.

9. Цели перехода на солнечную энергию

Активное развитие солнечной энергетики должно привести нас к следующим благоприятным последствиям:

  • уменьшится негативное воздействие на флору и фауну (помимо парниковых газов, мы избавимся от автомобильных выхлопов, дымовых труб, городского смога, угольных шахт, золоотвалов и разливов нефти);
  • повысится эффективность преобразования энергии (электричество, как правило, гораздо более эффективно производит энергию, чем любой другой источник);
  • снизится стоимость производства энергии.

10. Стоимость солнечной энергии

Ожидается [7], что стоимость солнечной энергии достигнет 30 долларов за МВтч к 2050 году и станет самым дешёвым источником.

Для сравнения, в 2023 году стоимость электроэнергии в развитых странах мира превышает 100 долларов за МВтч, а в России составляет 50-60 долларов за МВтч (в зависимости от курса).

11. Хранилища энергии

ГАЭС в настоящее время поддерживают большую часть мощностей энергосистемы, но в будущем их доля снизится. Аккумуляторы придут им на смену: либо в качестве автономных, либо в конфигурациях «солнечная батарея + аккумулятор», либо «автомобиль — сеть».

Аккумуляторное хранилище

12. Передача энергии

Ввиду масштабов наращивания мощностей остро стоит вопрос передачи всей этой энергии на расстояния. Решить проблему помогут:

  • интеллектуальное управление сетями, включая передачу энергии напрямую от местного источника — конечному потребителю;
  • развитие сверхпроводников;
  • перевод сетей высокого напряжения переменного тока HVAC — в постоянный HVDC.

13. Утилизация

Сегодня оптимальным сроком службы солнечных панелей считается срок в 15 лет. Но это не значит, что через 15 лет они перестают производить энергию. Это говорит, лишь о том, что эффективность их падает и с экономической точки зрения целесообразно их заменить. А что делать со старыми панелями?

Утилизация панелей — непростая, но решаемая задача. Типичная солнечная панель состоит из алюминия, стекла, кремния, пластика, а также меди, серебра и небольшого количества свинца. Слои хорошо соединены вместе, чтобы сделать панели устойчивыми к атмосферным воздействиям, что усложняет процесс разборки на составляющие. Тем не менее, вредных примесей в них нет, а ограничивают процесс повторного применения материалов только отсутствие в этом выгоды.

ВЫВОД

Электричество, электричество и снова электричество! Для чего нам столько электричества?.

Электрификация в XXI веке предполагает следующее:

  • электромобили заменяют обычные автомобили с ДВС;
  • электрические тепловые насосы заменяют газовые и водонагреватели в домах и на предприятиях;
  • электрические печи заменяют газовые горелки на заводах и ТЭЦ;
  • использование зелёного водорода в промышленном масштабе позволит экологически чисто производить аммиак, металлы, пластмассы и другие необходимые человечеству материалы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Солнечные вакуумные трубки на крыше, которые производят электричество и тепло, будут построены в США. Майк Бреннан. Опубликовано: Mitchnews.com⎘.
  2. Солнечная водородная система, которая совместно генерирует тепло и кислород. Селия Лютербахер, Федеральная политехническая школа Лозанны. Опубликовано: Techxpore.com⎘.
  3. Перовскитные солнечные элементы установили новый мировой рекорд эффективности преобразования энергии. Национальный университет Сингапура. Опубликовано: Techxpore.com⎘.
  4. Внедрение солнечных батарей в мире. Международное энергетическое агентство. 2023⎘.
  5. В отчаянии от изменения климата? Эти четыре графика неудержимого роста солнечной энергетики могут изменить ваше мнение. Эндрю Блейкерс, The Conversation. Опубликовано: Techxpore.com⎘.
  6. Испания получит +50% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2023 году. Закари Шахан. Опубликовано: Cleantechnica.com⎘.
  7. Солнечная энергия займёт «неприступную позицию» самого дешёвого источника электроэнергии. Райан Кеннеди. Опубликовано: pv-magazine.com⎘.

Присоединяйтесь, чтобы не пропустить самое важное

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ

  • Энергетик
  • 13 января 2023

Противоречия в энергетике

Подробнее

  • Энергетик
  • 20 декабря 2023

База знаний на Энергетик.ру. Руководство пользователя

Подробнее

Сверхпроводник

Моделирование подстанции

Представляем вашему вниманию видеообзор сборки нашей подстанции

Смотреть
Пройди тестирование —
проверь свои знания в сфере
энергетики
Пройти тест
Лучшее, что Вы можете сделать для нас, выразив благодарность, — это подписаться на наш телеграм-канал
Обратная связь через Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
©2024. Энергетик.ру — все права защищены