Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

2.1. Солнечная энергия

 Научно доказанным фактом является то, что излучение Солнца, которое обладает рядом преимуществ и негативных последствий, распределяется по поверхности нашей планеты неодинаково. Есть страны, где лучи Солнца редкие гости, их могут не видеть неделями,  даже месяцами. В других странах солнечное излучение в избытке, что приводит к угнетающему действию. Существуют специальные карты, по которым можно определить местности с максимальной солнечной энергией.Обоснованным является предположение, что солнечное излучение в течение года зависит от географической  широты местности. Таким образом, наибольшее количество солнечного света, а значит и энергии, приходится на страны, которые расположены в районе экватора. Однако данное предположение нельзя признать абсолютно верным. Нужно учитывать еще и количество ясных дней в году. Количество ясных дней определяется климатическими условиями района.

    Посмотрев на карту солнечного излучения нетрудно заметить, что максимальное и минимальное число ясных дней в течение года наблюдается в субэкваториальных районах. Наиболее наглядно распределение интенсивности излучения в мире, ряде стран и континентов можно проследить по географическим картам.  Цветовая гамма даёт наглядное представление об уровнях  излучения. Источники информации указаны  на рисунках, а также в [2.21,2.22].

На рис.2.9 представлена карта солнечного излучения в мире.

Рис.2.9.  Карта солнечного излучения в мире.

Ниже (рис.2.10) показана  карта солнечного излучения в Европе и Средиземноморском бассейне [2.23].

 Рис.2 .10. Карта солнечного излучения.  Европа и средиземноморский бассейн.

 Россия не относится к районам с наибольшим уровнем  излучения Солнца. Произведенные измерения удивили исследователей, так как солнечная энергия в своем наибольшем количестве сосредоточена не на курортах Черного моря, а на приграничных с Китаем территориях. Самая меньшая доза солнечного излучения была зарегистрирована в северо-западном районе Российской Федерации. Это Ленинградская область и город Санкт-Петербург в частности. На всей остальной территории страны  излучение Солнца распределено примерно одинаково [2.24].

 Карты солнечного излучения России по интенсивности и продолжительности  солнечного излучения представлены  на рис.2.11, 2.12.

Солнечная активность и инсоляция в России

Рис.2.11. Карта солнечного излучения России по интенсивности излучения.

 Рис.2 .12. Карта солнечного излучения России по  продолжительности излучения.

   Солнечная инсоляция не некоторым городам России показана ниже (кВтч/м2) ,в табл. 2.3[2.24].

Таблица 2.3. Инсоляция солнечного излучения ряда городов  России

Примечание: Инсоляция (от лат. in — «внутрь» + sōl — «солнце») - облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией), поток солнечной радиации на поверхность; облучение поверхности или пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска.

Существетвувуют значительное количество теорий для прогнозирования солнечной активности. Наиболее подробно данный вопрос рассматривался в прошлом российским учёным из Калуги А.Л. Чижевским, доказавщим, что солнечная энергия лежит в основе всего происходящего на Земле. он вывел и математически доказал влияние циклов солнечной активности (ЦСА) на периодичность и интенсивность земных природных (землетрясения, цунами, эпидемии) и общественных (войны, революции, мятежи, финансовые кризисы) катаклизмов, которые очень дорого обходятся человечеству.

Чижевский проанализировал большой исторический материал и обнаружил корреляцию максимумов ЦСА (большого количества пятен на Солнце) и массовых катаклизмов на Земле. Было установлено, что периодичность максимальных значений ЦСА изменяется в диапазоне от 8 до 16 лет, в среднем – 11 лет. Чижевский показал, что в периоды повышенной солнечной активности на Земле происходят войны, революции, стихийные бедствия, катастрофы, эпидемии. Им  сделан вывод о влиянии 11-летнего ЦСА на климатические, геологические и социальные процессы на Земле.

 Карта  распределения солнечного излучения Украины представлена на рис.2.13 [2.25].

 Рис. 2.13. Карта солнечного излучения Украины.

   Сравнительная карта интенсивности солнечного излучения США, Испании и Германии приведена на рис.2.14.

  Основные пояснения расположены в пределах,находящихся в изображении карты.

Рис.2.14. Сравнительная карта солнечного излучения ряда стран мира.

 Карта солнечного излучения Северной Америки  приведена  на рис.2.15[2.21,2.25].

 

Рис.2.15 . Сравнительная карта солнечного излучения Северной Америки.

 Карта солнечного излучения Латинской Америки и Карибского бассейна, Африки и Ближнего Востока, Южной и Юго- Восточной Азии и Австралии приведены на  рис. 2.16 - 2.19 [2.21, 2.25].

Рис. 2.16. Карта солнечного излучения  Латинской Америки и Карибского бассейна.

 

 Рис. 2.17. Карта солнечного излучения Африки и Ближнего Востока.

 

Рис. 2.18. Карта солнечного излучения Южной и Юго-Восточной Азии.

 

Рис. 2.19. Карта солнечного излучения Австралии.

Из приведенных карт наглядно виден характер и разнообразие солнечного излучения, его интенсивности в  мире.

 Перечислим кратко преимущества и недостатки солнечной энергии [2.26-2.28]. Солнечная энергетика основывается на том, что поток солнечного излучения, проходящего через участок площадью 1 м.кв., расположенный перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м.кв. (солнечная постоянная). Через поглощение, при прохождении атмосферы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) - 1020 Вт/м.кв. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичный горизонтальный участок как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение еще в два раза меньше [ 2.26].

  Основные преимущества солнечной энергии заключаются в том, что им свойственны следующие признаки.

 -  Возобновляемость. Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это - возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива - угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться - приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется. 

 - Обильность. Потенциал солнечной энергии огромен - поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней. 

 - Постоянство. Кроме того, солнечная  энергия неисчерпаема и постоянна - ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений. Ещё одно преимущество солнечных источников.

 - Возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для  этого площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и  включить их в систему.  Хотя эти преимущества солнечных  источников перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.           

- Доступность. Помимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира - не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах. Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом. 

-  Экологическая чистота. В свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика - это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от не возобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления (или похолодания?). Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии - это почти что нулевое воздействие на окружающую среду. 

  Данное утверждение является спорным, ибо всегда необходимо учитывать побочные эффекты [2.27].  Например, здесь  так же,  как с электромобилями. Сами  по себе  солнечные батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве  компонентов для них используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.

- Бесшумность. За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно. 

 - Экономичность, низкие эксплуатационные расходы. Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии,  можно получить ощутимую экономию. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами - необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.

  -Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только  не используются в системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять  новыми. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей хватит до конца жизни.

- Обширная область применения. Солнечная энергия обладает широким спектром приложений - это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите.

- Инновационные технологии. С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными - тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений. Японский концерн Sharp - лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления. Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.

    Основные  недостатки солнечных источников энергии заключаются в следующем.

  - Необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральным электросетям. Также срок окупаемости вложений  в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не всегда  зависят от потребителя.

  - Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт. мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД  по сравнению  с традиционными источниками энергии - около 14-15%.               Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель, и развитие не стоит на месте, увеличивая  всё больше и больше энергоэффективность батарей.

   - Высокая стоимость. Бытует мнение, что солнечная энергия относится к разряду дорогостоящего ресурса - это, пожалуй, самый спорный вопрос из всех положительных и отрицательных аспектов ее использования. За счет того, что обустройство солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства (но пока не Россия) поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге. 

     Для строительства солнечных электростанций требуются большие площади земли через теоретические ограничения для фотоэлементов первого и второго поколения. К примеру, для электростанции мощностью 1 ГВт. может понадобиться участок площадью несколько десятков квадратных километров. Строительство солнечных электростанций такой мощности может привести к изменению микроклимата в прилегающей местности, поэтому устанавливают в основном фотоэлектрические станции мощностью 1-2 МВт. недалеко от потребителя или даже индивидуальные и мобильные установки. 

   Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать, в какой-то мере, нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому потребителю. Упрощает ситуацию тот факт, что пик потребления электроэнергии приходится как раз на светлое время суток.

    Эффективность фотоэлектрических элементов падает при их нагреве (в основном это касается систем с концентраторами), поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных. В фотоэлектрических преобразователях третьего и четвертого поколений для охлаждения используют преобразования теплового излучения в излучение наиболее согласованного с поглощающим материалом фотоэлектрического элемента (т.н. up-conversion), что одновременно повышает КПД. 

 -  Непостоянство. За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Но, по сравнению с ветрогенераторами, это, все-таки, более стабильный вариант. 

Фотоэлектрические преобразователи работают днем, а также в утренних и вечерних сумерках (с меньшей эффективностью). При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме этого, произведенная ими электроэнергия может резко и неожиданно колебаться из-за изменений погоды.          

 -  Загрязнение окружающей среды. Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы. 

     При производстве фотоэлементов уровень загрязнения не превышает допустимого уровня для предприятий микроэлектронной промышленности. Применение кадмия при производстве некоторых типов фотоэлементов ставит сложный вопрос их утилизации. Этот вопрос не имеет пока с экологической точки зрения приемлемого решения, но такие элементы имеют незначительное распространение и соединениям кадмия в современном производстве уже найдена замена.

- Применение дорогостоящих и редких компонентов. Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди индия галлия (CIGS), которые являются редкими и дорогостоящими - это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.

  В последнее время активно развивается производство тонкопленочных фотоэлементов, которые содержат лишь около 1% кремния в отношении массы подложки, на которую наносятся тонкие пленки. Из-за незначительного расхода материалов на поглощающий слой тонкопленочные кремниевые фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность и неустранимую деградацию характеристик во времени. Кроме того, развивается производство тонкопленочных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS и CIGS. 

   - Малая плотность мощности. Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя. Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/ - это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике. По этой причине, для выработки 1 кВт. электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей. Для того, чтобы получить  большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить о солнечной электростанции промышленного масштаба, то это квадратные километры.

  Следует отметить, что солнечные батареи существуют не только сами по себе, но и объединяются в электростанции[2.27,2.28].  В общем виде существуют следующие  виды фотоэлектрических систем:
 - системы не соединенные с сетью;
- системы,  работающие параллельно сети с аккумуляторными батареями;
- системы, работающие параллельно сети без аккумуляторных батарей.

 Системы не соединенные с сетью. Рассмотрим   плюсы и минусы  таких систем для тех потребителей, которые сами принимают решения и несут полную ответственность перед собой и окружающими.

 Аргументы "за". Не подключаясь к сети централизованного электроснабжения, приобретается существенное преимущество, а именно полная  независимость от энергосетей.  И эту независимость можно приобрести уже, будучи подключенным к сети электроснабжения.  Вы с полным правом вольны не подчиняться правилам, установленным местной энергосетью, вы можете не опасаться повышения цен на электроэнергию, аварий в сетях или ухудшения качества услуг по электроэнергетике в результате перегруза сети.

  Занимаясь выбором участка для дома или даже, если дом построен, вы наверняка обнаружите, что участки, удаленные от точек подключения к центральной сети, ощутимо дешевле остальных.  Большинство людей в таком случае, оказываются не подготовленными  по разным причинам к содержанию собственной электростанции, потому и стоимость земли на такие участки формируется согласно спросу на них.  А ведь собственная электростанция может оказаться куда дешевле,  нежели  протяжка линий электропередач и подключение к энергосетям.   Но и за приобретение и последующее обслуживание электрогенерирующей системы  придется выложить некую сумму денег. 

 Системы, не имеющие соединения  с сетью, также обладают некоторыми преимуществами в сравнении с параллельными, особенно если дело касается укрупнения системы.  Не взирая на факт, что обе эти системы модульные, гораздо труднее оказывается нарастить именно параллельную с сетью систему.  В действительности многие держатели автономных систем, имея ограниченный бюджет, предпринимают меры по постепенному наращиванию фотоэлектрической системы, а также стремятся снизить долю генерируемой  от, например, дизельного генератора энергии с помощью добавления солнечных батарей. 

 Если напряжение  в цепи солнечных модулей  понижено  до 72В, то вполне возможно  постепенное добавление от 1 до 4 модулей одновременно. В то время как безаккумуляторные системы, работающие параллельно с сетью,  имеют довольно высокое напряжение солнечных модулей, а именно порядка 150-600 В.  Потому для добавления цепей  модулей понадобиться гораздо больше, а также возможна замена инвертора на более мощный или же добавление дополнительного.

 Исключая возможность содержания заведомо убыточной системы,  автономная система, как правило, способствует стимуляции к использованию энергии максимально эффективно. Это явный плюс, особенно если забота об окружающей среде для вас не пустой звук. Не соединенные с сетью – самые энергоэффективные дома.  Получая энергию от вполне ограниченного источника, вам в голову, несомненно, закрадутся мысли  о максимально рациональном использовании полученной энергии. 

Аргументы "против". Принимая решение отключиться от электросети, вы должны осознавать необходимость принятия на себя некоторых обязательств, которые на данный момент исполняют местные электросети. Согласно нашему опыту, ваше недовольство сетями будет стремительно уменьшаться по мере того, как вы будете принимать их обязанности на себя.

Во-первых, формирование собственной элекстросистемы стоит денег.  Если вы уже имеете подключение к сети, то вероятно, что собственная автономная система покажется вам более дорогой в использовании, также как и производимая ей электроэнергия. Но так может и не произойти, если в регионе вашего проживания предпринимают меры финансовой поддержки владельцев автономных электростанций или же цены на электроэнергию от сети чрезмерно высоки. 

Картина, конечно, в корне меняется, если вы заботитесь о долгосрочной перспективе.  Но большинство людей, которые полагают, что отключение от сетей тотчас уменьшит их затраты на электроэнергию, ждет разочарование. Если вы уже подключены к сетям, вам не нужно будет тратиться на протяжку ЛЭП и подключение к ним. А стоимость этого подключения в зависимости от региона может достигать  довольно больших сумм за каждый метр.  Но если подключения не имеется, то его стоимость можно сравнить с затратами на организацию собственной автономной электростанции.

Во-вторых, немаловажным моментом в содержании автономной  системы электроснабжения является ее ремонт и обслуживание. Оплачивая счет на пользование электроэнергией, вы также платите за нелегкий труд работников (электриков, бухгалтеров, менеджеров и т.д.) и расходные материалы.  Ну а если Вы "сам себе электросеть", то и расходы все нести придется самостоятельно.

Для хранения электроэнергии  автономные системы используют аккумуляторные батареи, которые требуют периодической замены. Срок службы батарей может колебаться от 5 до 15 лет, но обычно не больше десятилетия. Причем менять их нужно будет все сразу, учитывая тот факт, что промышленные батареи в 3-4 раза дороже обыкновенных. Финансовый аспект – не единственный недостаток. Сюда нужно включить еще и затраты сил и времени на замену АБ.

   Аккумуляторам также свойственны потери  энергии.  Максимальная эффективность их заряда-разряда  составляет 90%, то есть если вы потратите на заряд батареи 10 КВт/ч., то отдача будет на более 9 КВт/ч. Причем, чем старее батареи тем, ниже и коэффициент полезного действия. 

При сравнении автономных систем,  соединенными с сетью, у первых обнаруживается еще один существенный недостаток, а именно потери лишней вырабатываемой энергии.  Так, соединенная с сетью система, вырабатывая энергии больше, чем в данный момент потребляет дом, направляет ее в сеть. При этом либо счетчик начинает обратный отсчет, либо сети покупают эту электроэнергию по довольно высокой цене. 

Если же ваша сеть автономна полностью, излишки в любом случае пропадут, если не будут использованы. Большинство фотоэлектрических систем просто отключается, если аккумуляторы заряжены полностью. Большая часть автономных систем  основана на работе резервного, например, дизельного генератора и это тоже существенный недостаток таких систем, ведь энергия, генерируемая дизель-генераторном стоит недешево.  А если приобрести дешевый генератор, то с сэкономленной суммой придется распрощаться,  занимаясь его частым ремонтом.

 Рассмотрим системы, соединённые с сетью.  Сначала отметим преимущества  таких систем.

  Если вам не по средствам покупка и содержание электростанции на возобновляемых источниках такого размера, который в полной мере способен обеспечить ваши потребности, возможна установка лишь ее части. Но если вы полностью автономны, вам придется любым способом генерировать необходимую  энергию, причем сэкономив на размере батареи, вы потратитесь на топливо. Если ваша собственная электростанция имеет соединение с сетью, то у вас нет необходимости в жесткой экономии электроэнергии и смене стиля жизни.  Вы будете получать всю или только часть необходимой энергии от собственной электростанции и не подвергать свою жизнь и привычки никаким изменениям.

  В случае если вы примите решение применять систему, соединенную с сетью и с резервными аккумуляторами, вы получите двойные преимущества: во-первых, независимость от электросетей, а во-вторых, все плюсы использования автономной системы. То- есть  вы сможете  пользоваться электроэнергией даже при авариях в сети, а также отправлять появившиеся излишки, в сеть, избегая их потерь.

   Недостатки соединенных с сетью систем. Один из основных недостатков систем, соединенных с сетью это то, что вы имеете меньше стимулов для сохранения энергии и энергоэффективности. Без аккумуляторов у вас не будет резервного электроснабжения. Это не является недостатком там, где есть надежная электросеть. Но в большинстве случаев это является большим минусом - иметь дорогую систему и не иметь электроэнергии при частых отключениях и авариях в сетях. Потому рекомендуется  выделить хотя бы часть критической нагрузки и обеспечить ее электроэнергией от резервных аккумуляторов.

Однако даже имеющая аккумуляторы соединенная с сетью система обычно обеспечивает только часть нагрузки во время перерывов в электроснабжении. Если перерывы в электроснабжении продолжительные, и погода может быть зачастую не солнечная, вам может потребоваться довольно большая аккумуляторная батарея. Это может привести к тому, что она будет дорогая и к уменьшению эффективности вашей автономной энергосистемы.

 Для всех соединенных с сетью систем возможны трудности с подключением вашей электростанции к сетям. Все зависит от  местной энергокомпании. К сожалению, например, в России, где соединенные с сетью электростанции пока еще редкость, энергосети крайне неохотно выдают разрешение на подключение не принадлежащего им энергоисточника к сетям. Более того, в настоящее время официальное разрешение на генерацию электроэнергии и поставку ее в сеть требует получение разрешения на технологическое подключение вашей электростанции к сети. Это стоит немалых денег.  Ряд альтернативных вариантов рассмотрен в [2.29-2.31]. 

   Таким образом, для принятия решения как же выбрать между  автономной  системой и соединенной с сетью необходимо  первым делом провести сравнительный анализ затрат на оба варианта. Система с батареями, как правило, на треть, а порой и вполовину дороже, чем безбатарейная система, соединенная с сетью. Что еще немаловажно, это стоимость самого подключения к энергосетям. Эта стоимость может быть как очень низкой (если линия проходит рядом), так и достигать сотен тысяч,например, долларов (если расстояние до централизованного электроснабжения велико). Нелишним будет сравнить цены разных поставщиков солнечных батарей.

  Ориентировочная стоимость различных типов систем  с различной мощностью  и ёмкостью  приведена в таблице 2.4 [2.30]. 

Таблица 2.4. Сравнительная стоимость  производства устройств  для преобразования солнечной энергии

http://www.xn----9sblare1avcfu6fxa8c.xn--p1ai/avtonomnoe/10.jpg

   Представлена стоимость различных типов и компонентов для преобразования 1-5 кВт.- систем ( pv- систем, контроллеров заряда, батарей, инверторов, вспомогательного  и лабораторного оборудования). Причём, максимальные  и минимальные цены не превышают 10% стоимости. Знаком* обозначены  системы, стоимость которых может изменяться в указанных пределах в зависимости от предпочтения пользователей. Знаком ** обозначены системы, имеющие резервирование с помощью дизель - генераторов.

     К сожалению, многие сведения из литературных источников и официальных документов успевают устаревать практически сразу же, как  только появляются в открытой печати. По мнению автора,  на сегодняшний день наиболее достоверными и компетентными  являются графики, таблицы и диаграммы, приведенные в [2.5] по состоянию, как правило, на конец 2016 года и начало 2017-го.   Анализ состояния дел в отрасли "солнечная энергия" произведен большим авторским коллективом под эгидой весьма компетентной международной организации.

   Графики, диаграммы и таблицы приводятся  в виде копий с оригинала с обозначениями и комментариями на английском языке в смысловом переводе автора.  В списке литературы указывается точное наименование и ссылка на соответствующую страницу основного источника - [2.5].

   Конкретные сведения по видам солнечной энергии в мире, различных странах  и континентах приведены ниже (рис.2.20 -рис.2.28) [2.32-2.40]. 

Рис.2.20. Потенциал солнечной энергии в мире  на основе фотоэффекта за период 2005-2015 гг.

Обозначения: Annual Additions, Capacity - ежегодные дополнения, объём   в ГВт.

 Солнечные  фотоэлектрические источники в 2015 году пережили ещё один год рекордного роста, Увеличение годового рынка по сравнению с 2014 годом составило около  25% за 2014. Было добавлено более 50 ГВт. мощностей, что эквивалентно примерно 185 миллионам солнечных панелей, доведя совокупные мировые мощности  приблизительно до 227 ГВт.  Прирост за год почти в 10 раз превысил  величину совокупной мировой ёмкости по сравнению с тем, что было десятилетие тому назад.

Кроме тройки основных стран в 2015 году  в  связи с глобализацией включились и другие страны на всех континентах. Если до недавнего времени основной спрос  был сконцентрирован в богатых странах, то  теперь развивающиеся  страны стали  способствовать увеличению солнечной энергии там, где она в настоящее время нужнее всего. В то же время  рост мощностей в Европе был в 2015 году  крайне   мал.  Вместе с тем,  рынок  расширился в связи  с улучшением  качества батарей на основе  фотоэффекта а также в связи с усовершенствованием и появлением новых государственных программ по  усовершенствованию  батарей и уменьшения загрязнения окружающей среды и выбросов (см. рис.2.21).

Рис.2.21. Потенциал солнечной фотоэнергии за 2015-2015гг. по странам и регионам.

  Но рост солнечной фотоэнергии  в Азии затмил все другие  производства и ранки сбыта. Уже третий год подряд на их долю приходится около 60%  мирового  роста.  Ведущими  странами являются Китай, Япония и США, далее следуют Великобритания и другие страны из Топ10 - Индия, Германия, Республика Корея, Австралия, Франция и Канада. 

    В 10 странах  к концу 2015 года, на всех континентах (кроме Антарктиды) был установлен  в качестве  минимума  использования ёмкости батарей  по  мощности  в 1 ГВт., и, по крайней мере, 22 страны достигли больше этой величины.11 стран  стали лидерами по использованию солнечной энергии на одного жителя. В их числе Германия, Италия, Бельгии, Япония и Греция (см. рис.2.22).

Рис.2.22. Солнечная фотоэнергия (объём и дополнения) по странам Топ-10 за 2015 год.

Особых успехов добился Китай. Центральное правительство Китая продолжило ставить и решать  задачи  по увеличению солнечной   энергии, проблем загрязнения окружающей среды и поддерживать отечественное производство в области промышленности.

 В  2015 году Китай увеличил  потребляемую мощность от солнечных батарей примерно  на 15,2 ГВт., а  общая потребляемая от них мощность приближается к 44 ГВт., обогнав многолетнего лидера Германию. Он возглавил Топ10 стран по совокупной мощности фотоэнергетических солнечных батарей,  с около 19% мирового объема.14 (см. рис.2 23.) 

 Главными были 24 провинций. Первая  тройка - Синьцзян (2,1 ГВт.), Внутренняя Монголия (1,9 ГВт.) и Цзянсу (1,7 ГВт.) были основными потребителями за год на человека. В  шести провинциях в восточных и центральных районах страны насчитывалось более, чем 1 ГВт. солнечных фотоэлектрических мощностей на конец 2015 года.  К концу 2016 доля  крупных солнечных  электростанций  составила 86% от общей емкости, а остаток распределятся на крышах других систем и мелких объектов (см. рис. 2.23).

Рис.2.23. Рост производственных мощностей солнечной фотоэнергии 15 основных стран и остального мира за 2015 год.

Rest of  World  - остальной мир.

В Латинской Америке и Карибском бассейне  рост составил около 1,1 ГВт., что  в 2015 году более чем вдвое выше, чем  по региону. В Чили  установленные мощности возросли на  0.4 ГВт., в основном,  за счёт очень крупных проектов,  реализованных  в конце 2015 года. Итого добавилось свыше 0,8 ГВт. По некоторым сведениям, этот вид   солнечной энергии стал самым дешёвым в электроэнергии страны.  Чили вместе Гондурасом были среди лучших стран.

  В 15 странах  и  в мире  возникло много  новых установок.  В целом, рост составил почти 0,4 ГВт. благодаря определённости нормативной базы, что отличает их от соседей по региону (см. рис.2.24).  Вместе с тем,  Мексика и Бразилия столкнулась с определёнными трудностями из-за низких цен на нефть, ожидания совершенствования энергетического права ,сложной экономической обстановки. Но обе страны плюс Перу высоко конкурентны в развитии этого вида энергетики. В 2016 году финансирование остается ключевой проблемой для дальнейшего роста. Рис.2.24. Концентрация солнечной термической энергии в мире  и основных странах за период 2005-2015 гг.

    Для солнечной термической энергии CPV был еще один сложный год. Несмотря на развитие новых модулей и эффективности клеточных технологий, а также снижения цен на системы подобного  типа с  момента их введения этот вид энергии не добился эффекта масштаба и не смог конкурировать с падением цен на обычные солнечные батареи.

Большинство фирм в различных странах объявило о планах уменьшения производства этого тина энергии в начале 2015 года Например, Soitec (Франция), Suncore (Китай). Остановилось производство на двуокиси кремния в Silex Systems (Австралия). В  конце 2015 года и    начале 2016 года промышленность  производства модулей  PV была в кризисе после выхода из ее крупнейших производителей. Начался процесс реструктуризации и работа по совершенствованию продукции.

2015 год был годом испытаний и перемен для солнечной энергии (CSP), известной также,  как солнечной тепловой электроэнергии (СТЭ). Рост емкости  CSP рынка  несколько замедлился в 2015. Вместе с тем   глобальные производственные мощности увеличились на 420 МВт.  и составили почти 4,8 ГВт. на конец года ( см. рис.2.25). Следует отметить, что количество  новых проектов с начала 2016 года растёт и ожидается их использование уже в 2017 году.

Рис.2.25. Солнечная энергия от водонагревательных коллекторов  и её динамика по 18  странам   за 2015 год.

Обозначения:  жёлтый - неглазурированные коллекторы;                                 красный - глазурированые  трубчатые коллекторы;    розовый  глазурированые   плоские коллекторы; серый - прирост за 2014/2015 год.

 Солнечная  энергия по водонагревательной технологии широко используется во всех регионах мира для того чтобы обеспечить горячую воду, нагревать и охлаждать пространство и обеспечить более высокотемпературное тепло для промышленных процессов. В глобальном масштабе  широко используются  глазурованные  и неглазурованные солнечные тепловые коллекторы. Их количество продолжает расти.

 18 крупнейших  производителей  в 2015 году были  разбросаны по всем континентам и составляли  93-94% от общего глобального  роста дополнения в год (см. рис.2.25).В 2015 году их вновь установленная емкость составила 37.2  ГВт./ ч. (53,1 млн. ),  что на 14% ниже установленных этими странами в 2014 году.

  Продолжающееся замедление в 2015 году  объясняется в первую очередь сокращением рынков сбыта в Китае и Европе. Несмотря на общую негативную тенденцию, о значительном  росте рынка сообщила Дания (до 55% за 2014 год), Турция (10 %), Израиль (9%), Мексика (8%) и Польша (7%).

Рис.2.26. Солнечная энергия от водонагревательных коллекторов  и её динамика в мире за период 2005-2015 гг.

  Среди 18 стран доля вакуумных трубчатых коллекторов составила 76%. Новые установки плоских коллекторов- 20% и оставшиеся 4%  составили неглазурированные коллекционеры (в основном для отопления бассейнов).  С учётом этого роста общая глобальная солнечная тепловая емкость  составила примерно  на 435 ГВт./ ч. (622 млн. ) в конце 2015 года. Год тому назад она была 409 ГВт./ ч. ( см. рис. 2.27.)

Рис.2.27. Солнечные водонагревательные коллекторы в мире. Соотношение между странами(2005-2015 гг.).

    Лучшими странами  по установке новых мощностей  новых установок в 2015 году были Китай, Турция, Бразилия, Индия и Соединенные Штаты,  в пятерку лучших по совокупной мощности на конец года были Китай, США, Германия, Турция и Бразилия. (см.рис.2.27). Из топ-18  по монтажу установок ведущими странами в период между 2010 и 2015 году были Дания (34%), Польша (14%) и Бразилия (8%).Снижение  за этот период был замечен во Франции (-17%), Австрии (-14%) и Италии (-14%).

 

Рис.2.28. Солнечные водонагревательные коллекторы в мире, по странам и континентам по состоянию на начало 2015 года.

Условные обозначения: фиолетовый -  обогрев  плавательных бассейнов;            коричневый -  горячая вода для системы односемейных домов;        красный -  многоквартирные дома, туристический и общественный сектор;            голубой -   солнечные комбинированные системы для отопления помещений одно - и многоквартирных домов;  жёлтый - другие (солнечные теплоцентрали, кондиционеры,  устройства охлаждения).

 За последние пять десятилетий, основное применение солнечных термальных технологий  в мире  было направлено для нагрева воды в индивидуальных жилых домах. Жилой сегмент составил 63%  от суммарной установленной  мощности  в конце 2014 года.

  В последние годы, однако,  наблюдался переход  к крупномасштабным системам для нагрева воды в многоквартирных домах и в сфере туризма и общественного секторов. В 2014 году эти секторы составляли только 28% от общей емкости в эксплуатации по всему миру, что составилотолько 50% от  вновь установленных мощностей (см. рис. 2.28.)

  Такова общая картина состояния солнечной энергетики  на начало 2017 года.                     


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252