Энергию Солнца, люди используют еще с древнего времени (например, сушили пищевые продукты). В древней Греции энергию солнца использовали для освещения, обогрева и строительства домов. Со временем солнечную энергию стали использовать для нагрева воды, обогрева теплиц и т.д.
Конец XIX и начало XX века ознаменованы бурным переходом на новые источники энергии. В эти годы газовые светильники были заменены на электрические, заменены каретные тяги автомобилей, свершилась промышленная революция. Нефтяной шок 1970-х годов, заставил правительство США обратить внимание на альтернативную энергетику. Даже Джимми Картер велел на крыше Белого дома построить солнечные батареи, однако пришедший на смену Картеру новый президент Рональд Рейган, в силу падения цен на нефть и других взглядов на выход из экономического кризиса, солнечные панели с Белого дома убрал. Однако темпы индустриального развития в гелиоэнергетике продолжались, стали появляться разного рода установки для опреснения соленой воды, отопления и охлаждения зданий, ирригации, энергообеспечения космических аппаратов, устройств систем связи и т. п.
Гелиоэнергетика (солнечная энергетика) является одной из самых перспективных направлений альтернативной энергетики, которая получает тепловую или электрическую энергию за счет солнечной энергии. Ее разделяют на два вида воспроизводства энергии: физическая и биологическая.
При физическом виде воспроизводства энергии используют солнечные элементы, солнечные коллекторы или систему зеркал.
Солнечные элементы (солнечные батареи) – широко применяются в космических аппаратах (фотоэлектрические преобразователи, ФЭП).
Солнечные коллекторы – широко применяются для нагревания воды и отопления, основное распространение получили в Японии, Турции, Египте, Греции, Кипре, Израиле.
Системы зеркал – используются для нагрева масла в трубах солнечных электростанций (СЭС). Получаемая энергия (СЭС) в 5-7 раз дешевле энергии ФЭП.
При биологическом виде воспроизводства энергии используют растения, накопившие солнечную энергию в процессе фотосинтеза (чаще всего – это сжигание древесины). Также к этому виду относится получение биогаза и швельгаза, образующихся при нагревании бытовых органических отходов до 400-700°С на специальных установках.
Для сжигания древесины используют быстрорастущие породы деревьев (такие, как тополь), которые высаживают на земле, непригодной для ведения сельского хозяйства (такой метод широко используется в Англии и Австрии).
В США для электростанций сжигают отходы кукурузы, в Бразилии в качестве топлива используются этиловый спирт, полученный за счет переработки отходов сахарного тростника. Существуют и другие методы получения солнечной энергии из растений.
К достоинствам и недостаткам физической гелиоэнергетики относятся:
-
Постепенное истощение традиционных источников энергии и рост цен на них, дает импульс к новым разработкам в сфере гелиоэнергетики на уровне национальных программ;
-
Неисчерпаемость солнечного света;
-
Доступный источник энергии;
-
Экологическая и биологическая безопасность;
Недостатки:
-
Главным недостатком гелиоустановок является их зависимость от состояния атмосферы, от суточных и сезонных колебаний солнечной радиации, что потребует дополнительные аккумулирующие устройства;
-
Теория альбедо – возможность сильного изменения климата при переходе гелиоэнергетики на индустриальный уровень (изменение отражающей поверхности планеты);
-
Дороговизна строительства и ввод в эксплуатацию. Однако новое производство и введение удешевляют установки;
-
Кропотливый уход для поддержания исправности. Однако новые установки избавляют от этих проблем;
-
Атмосферные слои над территорией производства солнечных электростанций нагреваются до крайне высоких температур.
Использование передовых технологий в России – это вопрос и экономической выгоды, и престижа страны. Одним из таких ведущих направлений возобновляемых источников энергии является гелиоэнергетика. В России существует ряд предприятий по изготовлению продукции в области гелиоэнергетики: производство солнечных элементов, изготовление солнечных сушилок для сельскохозяйственных продуктов, комплексные водонагревательные установки, усовершенствованные плоские солнечные коллекторы и.т.д.
Общая площадь в мире под солнечные установки превышает 120 млн м². Основная часть этих установок размещается в Европе и Китае. В России в 2011 году эксплуатировалось не более 15 тыс. м², что намного меньше, чем эксплуатировалось в 1990 году – 150 тыс. м², однако сегодня площади под размещения гелиоустановок растут, преимущественно в Краснодаре и Сочи.
Наиболее богатыми на солнечную энергию являются районы Черного и Каспийского морей, Северный Кавказ, Дальний Восток, Южная Сибирь. По областям – это Ставропольский край, Краснодарский край, Калмыкия, Ростовская область, Волгоградская, Астраханская области, Алтай, Приморье, Бурятия и др. Перспективы развития солнечной энергетики в России колоссальные.
В России суммарная мощность солнечных электростанций составляет 5 МВт. Первая станция построена в 2010 году в Белгородской области мощностью 100 кВт. Также есть проекты по строительству солнечных электростанций в Республике Дагестан, Ставропольском крае, Челябинской области, Якутии. С недавнего времени Крым присоединился к России. А в Крыму действовали 4 крупные промышленные электростанции суммарной мощностью 220 МВт, самая крупная находится около села Перово – 105 Мвт. Таким образом, за счет Крыма Россия увеличила долю выработки электроэнергии с помощью солнечной энергии.
Прежде чем ставить солнечные батареи для выработки электричества, необходимо рассчитать эффективность применения данного метода. В ясную погоду на 1 м² земной поверхности в среднем падает 1000 Ватт световой энергии Солнца. В зависимости от местности солнечная энергия поступает неравномерно из-за облачности в пасмурную погоду: есть места, где Солнце светит 320-350 дней в году, а есть такие места, где его не бывает вообще.
Автономные солнечные энергосистемы могут быть успешно использованы в городах и районах с централизованным энергоснабжением. В развитых странах солнечная энергетика активно используется для автономного освещения подъездов жилых домов, рекламных щитов, для уличного и домашнего освещения. Многие объекты малого и среднего бизнеса используют солнечные системы для минимизации издержек в процессе производства и эксплуатации своих объектов.
В России развитие солнечной генерации происходит медленно. Основную долю в энергобалансе страны занимают нефть, уголь и газ. Тем не менее, по прогнозу Международного энергетического агентства, доля углеводородного сырья в РФ постепенно снижается и к 2040 году достигнет 66%, уступив место альтернативным источникам энергии. Сегодня доля солнечной генерации в энергобалансе страны составляет всего 0,001%. В сравнении с энергобалансом мировой энергетики этот процент довольно мал. Например, Германия имеет самую высокую долю солнечной энергии (21,58%) в энергетическом балансе, что в несколько десятков тысяч раз превышает российский показатель.
Наиболее развитыми регионами нашей страны в отрасли солнечной генерации можно назвать Республику Алтай, Краснодарский край и Белгородскую область. Самая крупная на сегодняшний день отечественная станция мощностью 5 МВт была запущена в 2014 году в Республике Алтай. Не уступают ей и крымские СЭС. В связи с геополитическими проблемами и отсутствием необходимой инфраструктуры Крымский полуостров вынужден опираться на альтернативные источники энергии. «Перово» – самая крупная солнечная электростанция Крыма мощностью 105 МВт.
С точки зрения законодательства относительно «зеленой» энергетики в России сложилась противоречивая ситуация. Постановлением правительства РФ от 08.01.09 № 1-р «Об основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года» установлены целевые показатели выработки электроэнергии на основе ВИЭ, которые необходимо достичь к определенному периоду. В 2020 году доля ВИЭ должна составлять 4,5%. С другой стороны, в законодательстве отсутствуют нормативные документы, полностью регламентирующие конкретный механизм присоединения ВИЭ к общей энергосети. Тем не менее изменение ситуации в лучшую сторону на уровне закона видно уже сегодня. Так, в начале 2015 года вступило в силу постановление от 23.01.15 № 47 «О стимулировании использования возобновляемых источников энергии на розничных рынках электроэнергии», позволяющее совершенствовать механизм поддержки генерирующих объектов, работающих на основе ВИЭ.
Других трудностей в развитии солнечной энергетики в России тоже хватает. Одна из важных проблем заключается в структуре общего энергетического баланса страны, где значительную долю составляет газовая генерация. Стоимость солнечной энергии в России заметно превышает стоимость газа, это препятствует быстрому развитию СЭС на массовом уровне. Из основной проблемы вытекает еще одна, не менее значимая – низкая заинтересованность инвесторов. Долгий срок окупаемости проекта и невысокая рентабельность СЭС являются причиной отсутствия инвестиций и должного внимания со стороны частных предпринимателей. Решением проблемы может стать только выравнивание себестоимости газа с себестоимостью солнечной энергии, что позволит развивать генерацию солнца без серьезных субсидий. Уже в следующем году баланс между двумя источниками энергии будет достигнут в Европе, нашей же стране предстоит еще долгий путь к достижению равновесия между солнечной и газовой генерацией. При всех качественных преимуществах солнечной энергетики у нее есть еще одно слабое место – зависимость от погодных условий и времени суток. Экономически благополучные регионы европейской части России, такие как Московская и Ленинградская области, имеют низкую инсоляцию, то есть получают недостаточный уровень солнечного света. Строительство СЭС в этих регионах не имеет никаких перспектив, так как не все мощности станции будут задействованы.
Россия во многом отстает от Европы, включая отрасль энергетики. Тем не менее в нашей стране присутствуют перспективы развития «зеленой» генерации, а государство начинает проявлять интерес к использованию ВИЭ. К 2020 году правительством РФ запланировано строительство еще четырех крупных СЭС. Таким образом, будет дополнительно введено около 1,5-2 ГВт мощностей, и доля солнечной энергии в энергобалансе увеличится до 1%. Несмотря на зависимость солнечной генерации от погодных условий, Россия имеет все шансы на развитие этой отрасли. Например, строительство СЭС в южной части РФ будет перспективным, так как эта территория подвержена высокой инсоляции, а значит, станции смогут работать на максимальных мощностях. В других частях страны можно успешно использовать солнечную генерацию, размещая СЭС на территории с дефицитом электроэнергии. Наиболее выгодно строительство солнечных электростанций рядом с сельскохозяйственными предприятиями, которые находятся на открытых участках, отдаленных от основных энергосетей. Солнечные энергоустановки требуют меньше инвестиций, чем ветровые системы или отопительные устройства, для работы которых требуется твердое топливо, и являются наиболее выгодным решением для обеспечения хозяйства электроэнергией.
Техническое оснащение для запуска новых солнечных электростанций играет важную роль. За последние несколько лет заметно подешевело оборудование для производства солнечной энергии, при этом возросла эффективность солнечных модулей. Вместе с ростом в интересах дешевеющей «зеленой» энергии быстро развивается отрасль технологий для активного энергомониторинга и энергоменеджмента на уровне одного объекта или целой станции. Совмещение этих двух аспектов в единую систему позволит ускорить процесс развития российской энергетики в целом. Совершенствование солнечной генерации на уровне массового использования возможно только при достаточной государственной поддержке. Внесение требований к обязательному оснащению солнечными модулями некоторых административных и образовательных зданий позволит сократить расходы энергопотребления этих объектов и ускорит процесс развития солнечной энергии в частном секторе энергорынка. А ужесточение требований законодательства о производстве отечественного оборудования солнечной энергии приведет к сокращению инвестиций на строительство СЭС.
И в заключение хотелось бы отметить, что солнечная энергия имеет огромный потенциал во всем мире, а ее запасы превышают все существующие ресурсы, однако в России развитие солнечной генерации происходит очень медленно. Основные причины – слабо развитая инфраструктура, высокая стоимость ее модернизации, долгий срок окупаемости инвестиций. Все это ведет к тому, что рентабельность СЭС в нашей стране невелика и не представляет должного интереса для частных предпринимателей – отрасль развивается в основном силами государства.
Литература:
-
Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения Ташкент: Фан, 1988 г.
-
Авдуевский В.С., Лесков Л.В. Куда идет советская космонавтика? – М.: Знание, 1990 (серия «Космонавтика, астрономия»).
-
Андреев С.В. Солнечные электростанции – М.: Наука, 2002.
-
Базаров Б.А., Заддэ В.В., Стебков Д.С. и др. Новые способы получения кремния солнечного качества. Сб. «Солнечная фотоэлектрическая энергетика». Ашхабад, 1983.
-
Бурдаков В.П. Электроэнергия из космоса М: Энергоатомиздат, 1991.
-
genport.ru/article/dostoinstva-i-nedostatki-ispolzovaniya-solnechnyh-paneley.
-
итог реформы электроэнергетики в России. Чебанов К.А., Карамян О.Ю., Соловьева Ж.А. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2016. № 9. С. 30-33.
-
Технологическое развитие российского топливно-энергетического комплекса под влиянием экономических санкций. Карамян О.Ю., Чебанов К.А., Соловьева Ж.А. Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1.
-
Технологическое развитие российского топливно-энергетического комплекса под влиянием экономических санкций. Карамян О.Ю., Чебанов К.А., Соловьева Ж.А. Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 326.
