Солнечная энергия.Выдающийся ученый Вернер фон Браун сказал на открытии конгресса ЮНЕСКО «Солнце на службе у человека». «Человек находится на пороге новой эры, которую можно назвать Веком Солнца» [22].
Солнечная энергия занимает лидирующее положение среди ВИЭ. Количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, угля и других энергетических ресурсов. Использование всего лишь 0,0125% могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% — полностью покрыть потребности в будущем [16].
Солнечные лучи, которые достигают поверхности Земли, подразделяют на два вида: прямые и рассеянные. Прямые солнечные лучи – это те, которые берут начало у поверхности Солнца и достигают поверхности Земли. Мощность прямого излучения зависит от ясности атмосферы, высоты Солнца над линией горизонта, а также от положения поверхности по отношению к Солнцу. Рассеянные солнечные лучи поступают из верхних слоев атмосферы и зависят от того, каким образом прямые солнечные лучи отражаются от Земли и окружающей среды. Благодаря повторяющемуся процессу отражения между покрытой снегом поверхностью Земли и нижней стороной облаков мощность рассеянного солнечного излучения может достигать больших значений.
Солнечные лучи несут с собой неиссякаемый поток энергии. Они постоянно доставляют на Землю большее количество энергии, чем нам сегодня необходимо. Плотность солнечных лучей в космосе составляет примерно 1,4 кВт/м2. Из них около 30% отражается назад в космос, так и не достигнув Земли. На земной поверхности плотность солнечных лучей составляет около 1 кВт/м2. Солнечная энергия, достигшая поверхности Земли, несет с собой тепло, испаряет воду, образует ветер и движение воды в морях и океанах, дает жизнь растениям [23].
Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы. К активным солнечным системам относятся солнечные батареи. Пассивные системы получаются с помощью проектирования зданий и подбора строительных материалов таким образом, чтобы максимально использовать энергию Солнца [24].
Принцип работы солнечной батареи (генератора энергии) – это прямое преобразование электромагнитного излучения солнца в электричество или тепло. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом (ФЭ). При этом генерируется постоянный ток.
На сегодняшний момент существуют следующие виды солнечных батарей:
1. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Это полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество. Определенное число объединенных между собой ФЭП называются солнечной батареей.
2. Гелеоэлектростанции (ГЕЭС). Это солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и других машин.
3. Солнечные коллекторы (СК). Это нагревательные низкотемпературные установки, использующиеся для автономного горячего водоснабжения жилых и производственных объектов [23].
Существует множество различных вариантов реализации солнечных коллекторов, отличающихся внешней формой наружных поверхностей и аккумулирующих средств. Их можно подразделить на следующие типы:
- солнечные поглотители;
- плоские солнечные коллекторы;
- вакуумированные солнечные коллекторы;
- солнечный коллектор на основе концентратора с линейным фокусом [19].
На сегодняшний день лидерами в области солнечной энергетики являются такие развитые страны как Япония, Европа (в частности Германия, на которую приходится 89,6% всех установленных европейских солнечных батарей) и США. Развивающиеся страны используют солнечную радиацию для производства тепловой энергии; мировыми лидерами в данном сегменте являются Китай и Турция.
На 2007-2008 года мировая установленная мощность солнечных коллекторов оценивается в 10 ГВт. Их общая площадь превысила 21 млн. м2. Общая мощность установленных фотоэлектрических солнечных систем составляет свыше 938 МВт. Масштабы использования фотоэлектрических солнечных батарей ограничивается более высокой стоимостью вырабатываемой электроэнергии, по сравнению с энергией, получаемой за счет использования традиционных источников энергии [25].
Возобновляемые источники энергии в современной мировой экономической модели. Энергосреда №4