Vrste solarne energije. Prednosti i nedostaci solarne energije. Solarne elektrane solarno-vakuumskog tipa

Energija sunca samo je tok fotona. A ujedno je i jedan od temeljnih čimbenika koji osiguravaju samo postojanje života u našoj biosferi. Stoga je sasvim prirodno da čovjek aktivno koristi sunčevu svjetlost ne samo u klimatskom smislu, već i kao alternativni izvor energije.

Gdje se koristi sunčeva energija

Opseg solarne energije vrlo je opsežan i svake godine postaje sve veći. Tako se donedavno seoski tuš sa solarnim grijačem doživljavao kao nešto izvanredno, a mogućnost korištenja sunčeve svjetlosti za kućnu električnu mrežu činila se fantastičnom. Danas nikoga nećete iznenaditi ne samo autonomnom solarnom stanicom, već i mobilnim solarnim punjačima, pa čak i malim uređajima (na primjer, satovima) koji rade na fotonaponskom efektu.

Općenito, korištenje solarne energije je vrlo traženo u područjima kao što su:

• Poljoprivreda;
• Opskrba energijom sanatorijuma i pansiona;
• Svemirska industrija;
• Zaštita okoliša i ekoturizam;
• Elektrifikacija udaljenih i teško dostupnih područja;
• Ulična, vrtna i dekorativna rasvjeta;
• Stambeno-komunalne usluge (PTV, kućna rasvjeta);
• Mobilna tehnologija (gadgeti i solarni moduli za punjenje).

Ranije se solarna energija uglavnom koristila u svemirskoj industriji (napajanje satelita, stanica itd.) i u industriji, no s vremenom se alternativna energija počela aktivno razvijati u svakodnevnom životu. Jedni od prvih objekata opremljenih solarnim instalacijama bili su južni pansioni i lječilišta, posebno oni smješteni u osamljenim područjima.

Solarne instalacije i njihove prednosti

Uspješna primjena prvih solarnih modula pokazala je da solarna energija ima brojne prednosti u odnosu na tradicionalne izvore. Ranije su glavne prednosti solarnih elektrana bile samo ekološka prihvatljivost i neiscrpnost (kao i besplatna) sunčeve svjetlosti.

Ali u stvari, popis prednosti je mnogo širi:

• Autonomija, budući da nisu potrebne vanjske komunikacije s napajanjem;
• Stabilnost napajanja, zbog specifičnosti solarne struje nije podložna strujnim udarima;
• Profitabilnost, budući da se sredstva troše samo jednom, tijekom instalacije instalacije;
• Čvrsti vijek trajanja (preko 20 godina);
• Upotreba u svim vremenskim uvjetima, solarne instalacije učinkovito rade čak i po mrazu i oblačnom vremenu (s blagim smanjenjem učinkovitosti);
• Jednostavnost i praktičnost servisiranja, jer je potrebno samo povremeno očistiti prednje strane ploča od onečišćenja.

Jedina mana je ovisnost o suncu i činjenica da takve instalacije ne rade noću. Ali ovaj problem je riješen spajanjem posebnih baterija, koje akumuliraju energiju sunčeve svjetlosti generirane tijekom dana.

foto energija

Fotonapon je jedan od dva načina iskorištavanja sunčevog zračenja. Ovo je istosmjerna struja koja nastaje djelovanjem sunčeve svjetlosti. Takva se transformacija odvija u takozvanim fotoćelijama, koje su zapravo dvoslojna struktura dvaju poluvodiča različitih vrsta. Donji poluvodič je p-tipa (s nedostatkom elektrona), gornji je n-tipa s viškom elektrona.

Elektroni n-vodiča apsorbiraju energiju sunčevih zraka koje padaju na njih i napuštaju svoje orbite, a energetski impuls je dovoljan da prijeđu u zonu p-vodiča. U tom slučaju nastaje usmjereni tok elektrona, koji se naziva fotostruja. Drugim riječima, cijela struktura radi kao svojevrsne elektrode u kojima se pod utjecajem sunca stvara električna energija.

Za proizvodnju takvih fotoćelija koristi se silicij. To se objašnjava činjenicom da je, prvo, silicij široko rasprostranjen, a drugo, njegova industrijska obrada ne zahtijeva velike troškove.

Silikonske fotoćelije su:

• Monokristalni. Izrađeni su od monokristala i imaju ujednačenu strukturu s nešto većom učinkovitošću (oko 20%), ali su ujedno i skuplji.
• Polikristalni. Imaju neujednačenu strukturu zbog upotrebe polikristala i nešto nižu učinkovitost (15-18%), ali su mnogo jeftiniji od monovarijanti.
• Tanak film. Izrađuju se raspršivanjem amorfnog silicija na podlogu od tankog filma. Karakterizira ih fleksibilna struktura i najniži trošak proizvodnje, ali imaju dvostruko veće dimenzije u odnosu na kristalne analoge iste snage.

Područja primjene svake vrste ćelija vrlo su opsežna i određena su njihovim operativnim značajkama.

Solarni kolektori

Solarni kolektori također se koriste kao pretvarači sunčeve energije, ali je njihov princip rada potpuno drugačiji. Oni pretvaraju upadnu svjetlost ne u električnu, već u toplinsku energiju zagrijavanjem tekuće rashladne tekućine. Koriste se ili za opskrbu toplom vodom ili za grijanje kuća. Glavni element svakog kolektora je apsorber, koji je ujedno i hladnjak. Apsorber je ili ravna ploča ili cjevasti vakuumski sustav, unutar kojeg cirkulira rashladna tekućina (ovo je obična voda ili antifriz). Štoviše, apsorber mora biti obojen u crno posebnom bojom kako bi se povećali koeficijenti apsorpcije.

Po vrsti apsorbera kolektori se dijele na ravne i vakuumske. Za ravne hladnjake, hladnjak je izrađen u obliku metalne ploče, na koju je odozdo zalemljena metalna zavojnica s rashladnom tekućinom. Vakuumski apsorberi izrađeni su od nekoliko staklenih cijevi međusobno spojenih na krajevima. Cijevi su dvostruke, između stijenki se stvara vakuum, a unutra se postavlja šipka s rashladnom tekućinom. Sve šipke međusobno komuniciraju pomoću posebnih spojnica na spojevima cijevi.

Apsorberi obje vrste smješteni su u izdržljivo lagano kućište (obično izrađeno od aluminija ili plastike otporne na udarce) i pouzdano su izolirani od zidova. Prednja strana tijela prekrivena je prozirnim staklom otpornim na udarce s maksimalnom propusnošću fotona. Time se osigurava bolja apsorpcija sunčeve energije.

Značajke funkcioniranja

Princip rada obje vrste kolektora je sličan. Zagrijavajući se u kolektoru na visoke temperature, rashladna tekućina prolazi kroz spojna crijeva do spremnika za izmjenu topline, koji je napunjen vodom. Kroz spremnik prolazi kroz zmijoliku cijev, odajući svoju toplinu vodi. Ohlađena rashladna tekućina izlazi iz spremnika i vraća se u kolektor. Zapravo, ovo je vrsta "solarnog" kotla, samo se umjesto grijaće spirale koristi spirala u spremniku, a umjesto mreže koristi se sunčeva svjetlost.

Strukturne razlike određuju razliku u uporabi vakuumskih i ravnih kolektora. Korištenje sunčevog zračenja uz pomoć vakuumskih modela moguće je tijekom cijele godine, uključujući zimi i izvan sezone. Ravne opcije bolje funkcioniraju ljeti. Međutim, oni su jeftiniji i jednostavniji od vakuumskih, pa su optimalno prikladni za sezonske potrebe.

Sunčeva energija u gradovima (eko kuće)

Sunčeva energija se aktivno koristi ne samo za privatne kuće, već i za gradske zgrade. Nije teško pogoditi kako osoba koristi sunčevu energiju u velegradovima. Također se koristi za grijanje i opskrbu toplom vodom zgrada, a često i cijelih blokova.

Posljednjih godina aktivno se razvija i provodi koncept eko-kuća, u potpunosti napajanih alternativnim izvorima energije. Koriste kombinirane sustave koji osiguravaju učinkovitu proizvodnju sunčeve, vjetroelektrane i toplinske energije zemlje. Često takve kuće ne samo da u potpunosti pokrivaju svoje energetske potrebe, već i prenose višak u gradske mreže. Nedavno su se u Rusiji pojavili projekti takvih eko-zgrada.

Heliostacije i njihove vrste

U južnim regijama s visokom insolacijom ne grade se samo pojedinačne solarne elektrane, već cijele stanice koje proizvode energiju u industrijskim razmjerima. Količina solarne energije koju oni proizvode je vrlo velika, a mnoge zemlje s odgovarajućom klimom već su započele postupni prijelaz cjelokupnog energetskog sustava na takvu alternativu. Prema principu, rad stanice je podijeljen na fototermalni i fotonaponski. Prvi rade prema kolektorskoj metodi i opskrbljuju zagrijanu vodu za opskrbu toplom vodom u kućama, dok drugi izravno proizvode električnu energiju.

Postoji nekoliko vrsta solarnih stanica:

• Toranj. Omogućuju primanje pregrijane vodene pare koja se dovodi u generatore. Toranj sa spremnikom za vodu nalazi se u središtu postaje, oko njega su postavljeni heliostati (ogledalo) koji fokusiraju zrake na spremnik. Ovo su prilično učinkovite stanice, njihov glavni nedostatak je poteškoća u preciznom pozicioniranju zrcala.
• U obliku diska. Sastoje se od prijemnika sunčeve energije i reflektora. Reflektor - ogledalo u obliku tanjura koje koncentrira zračenje na prijemniku. Takvi koncentratori sunčeve energije nalaze se na maloj udaljenosti od prijemnika, a njihov broj određen je potrebnom snagom instalacije.
• Parabolični. Cijevi s rashladnim sredstvom (obično uljem) smještene su u žarište dugog paraboličnog zrcala. Zagrijano ulje odaje toplinu vodi koja ključa i okreće generatore.
• Balon. Zapravo, ovo su najučinkovitije i najmobilnije solarne stanice na Zemlji. Njihov glavni element je balon s fotonaponskim slojem ispunjen vodenom parom. Diže se visoko u atmosferu (obično iznad oblaka). Zagrijana para iz kugle se savitljivim parovodom dovodi do turbine, na izlazu iz nje se kondenzira i voda se pumpom diže natrag u kuglu. Jednom u kugli, voda isparava i ciklus se nastavlja.
• Na fotobaterije. To su već svima poznate instalacije na solarni pogon koje se koriste za privatne kuće. Omogućuju grijanje električne energije i vode u potrebnim količinama.

Danas razne vrste solarnih stanica (uključujući kombinirane, koje kombiniraju nekoliko vrsta) igraju sve veću ulogu u proizvodnji energije u mnogim zemljama. A neke države restrukturiraju svoju energetiku na način da će za nekoliko godina gotovo potpuno prijeći na alternativne sustave.

Posljednjih godina znanstvenici su posebno zainteresirani za alternativne izvore energije. Nafte i plina će kad-tad nestati, pa moramo razmišljati kako ćemo sada preživjeti u ovoj situaciji. U Europi se aktivno koriste vjetrenjače, netko pokušava izvući energiju iz oceana, a mi ćemo govoriti o solarnoj energiji. Uostalom, zvijezda koju vidimo na nebu gotovo svaki dan može nam pomoći spasiti i poboljšati ekološku situaciju. Vrijednost sunca za Zemlju teško je precijeniti - ono daje toplinu, svjetlost i omogućuje funkcioniranje cijelog života na planeti. Pa zašto mu ne biste pronašli drugu namjenu?

Malo povijesti

Sredinom 19. stoljeća fizičar Alexandre Edmond Becquerel otkrio je fotonaponski efekt. A do kraja stoljeća Charles Fritts stvorio je prvi uređaj koji je mogao pretvoriti sunčevu energiju u električnu. Za to je korišten selen presvučen tankim slojem zlata. Učinak je bio slab, ali se ovaj izum često povezuje s početkom ere solarne energije. Neki znanstvenici se ne slažu s ovom formulacijom. Utemeljiteljem ere solarne energije nazivaju svjetski poznatog znanstvenika Alberta Einsteina. Godine 1921. dobio je Nobelovu nagradu za objašnjenje zakona vanjskog fotoelektričnog efekta.

Čini se da je solarna energija perspektivan način razvoja. Ali postoje mnoge prepreke da uđe u svaki dom - uglavnom ekonomske i ekološke. Što čini cijenu solarnih panela, kakvu štetu mogu učiniti okolišu i na koje druge načine generiranja energije saznat ćemo u nastavku.

Metode akumulacije

Najhitniji zadatak povezan s pripitomljavanjem sunčeve energije nije samo njezino primanje, već i njezina akumulacija. I to je ono što je najteže. Trenutno su znanstvenici razvili samo 3 načina za potpuno ukroćenje sunčeve energije.

Prvi se temelji na korištenju paraboličnog zrcala i pomalo je poput igranja s povećalom, što je svima poznato od djetinjstva. Svjetlost prolazi kroz leću, skupljajući se u jednoj točki. Ako na ovo mjesto stavite komad papira, on će zasvijetliti, jer je temperatura ukrštenih sunčevih zraka nevjerojatno visoka. Parabolično zrcalo je konkavni disk nalik na plitku zdjelu. Ovo ogledalo, za razliku od povećala, ne propušta, već reflektira sunčevu svjetlost, skupljajući je u jednu točku, koja je obično usmjerena na crnu cijev s vodom. Ova boja se koristi jer najbolje upija svjetlost. Voda u cijevi se zagrijava sunčevim zrakama i može se koristiti za proizvodnju električne energije ili za grijanje malih kuća.

ravni grijač

Ova metoda koristi potpuno drugačiji sustav. Prijemnik sunčeve energije izgleda kao višeslojna struktura. Princip njegovog rada izgleda ovako.

Prolazeći kroz staklo, zrake padaju na zatamnjeni metal, koji, kao što znate, bolje upija svjetlost. Sunčevo zračenje se pretvara u i zagrijava vodu, koja se nalazi ispod željezne ploče. Nadalje, sve se događa kao u prvoj metodi. Zagrijana voda može se koristiti ili za grijanje prostora ili za proizvodnju električne energije. Istina, učinkovitost ove metode nije toliko visoka da bi se koristila posvuda.

Sunčeva energija dobivena na ovaj način u pravilu je toplina. Za dobivanje električne energije mnogo se češće koristi treća metoda.

Solarne ćelije

Prije svega, poznat nam je upravo ovaj način dobivanja energije. Uključuje korištenje raznih baterija ili solarnih panela, koji se mogu naći na krovovima mnogih modernih kuća. Ova metoda je kompliciranija od prethodno opisane, ali mnogo više obećava. On je taj koji omogućuje suncu proizvodnju električne energije u industrijskim razmjerima.

Posebne ploče dizajnirane za hvatanje zraka izrađene su od obogaćenih kristala silicija. Sunčeva svjetlost, koja pada na njih, izbacuje elektron iz orbite. Drugi odmah nastoji zauzeti njegovo mjesto, tako da se dobije kontinuirani pokretni lanac, koji stvara struju. Po potrebi se odmah koristi za opskrbu uređaja ili se akumulira u obliku električne energije u posebnim baterijama.

Popularnost ove metode opravdana je činjenicom da vam omogućuje da dobijete više od 120 vata sa samo jednog kvadratnog metra solarnih panela. Istodobno, ploče imaju relativno malu debljinu, što im omogućuje postavljanje gotovo bilo gdje.

Vrste silikonskih ploča

Postoji nekoliko vrsta solarnih panela. Prvi su izrađeni od monokristalnog silicija. Njihova učinkovitost je oko 15%. Ove su najskuplje.

Učinkovitost elemenata izrađenih od polikristalnog silicija doseže 11%. Oni koštaju manje, jer se materijal za njih dobiva pomoću pojednostavljene tehnologije. Treći tip je najekonomičniji i ima minimalnu učinkovitost. To su ploče izrađene od amorfnog silicija, odnosno nekristalnog. Osim niske učinkovitosti, imaju još jedan značajan nedostatak - krhkost.

Neki proizvođači koriste obje strane solarnog panela za povećanje učinkovitosti – stražnju i prednju. To vam omogućuje hvatanje svjetlosti u velikim količinama i povećava količinu primljene energije za 15-20%.

domaći proizvođači

Sunčeva energija na Zemlji postaje sve raširenija. I kod nas su zainteresirani za proučavanje ove industrije. Unatoč činjenici da razvoj alternativne energije nije vrlo aktivan u Rusiji, postignut je određeni uspjeh. Trenutno se nekoliko organizacija bavi stvaranjem panela za solarnu energiju - uglavnom znanstveni instituti raznih vrsta i tvornice za proizvodnju električne opreme.

1. NPF "Kvark"
2. JSC "Kovrovsky Mechanical Plant"
3. Sveruski istraživački institut za elektrifikaciju poljoprivrede.
4. NPO strojarstva.
5. dd VIEN.
6. JSC "Ryazan tvornica metal-keramičkih uređaja".
7. AOOT Pravdinski eksperimentalni pogon izvora energije "Posit".

Ovo je samo mali dio poduzeća koja su aktivno uključena u razvoj alternative

Utjecaj na okoliš

Odbacivanje izvora energije ugljena i nafte povezano je ne samo s činjenicom da će ti resursi prije ili kasnije nestati. Činjenica je da jako štete okolišu - zagađuju tlo, zrak i vodu, pridonose razvoju bolesti kod ljudi i smanjuju imunitet. Zato alternativni izvori energije moraju biti sigurni s ekološkog gledišta.

Silicij, koji se koristi za proizvodnju fotonaponskih ćelija, sam je siguran, jer je prirodni materijal. Ali nakon čišćenja ostaje otpad. Mogu naškoditi ljudima i okolišu ako se nepravilno koriste.

Osim toga, u području potpuno ispunjenom solarnim pločama, prirodno osvjetljenje može biti poremećeno. To će dovesti do promjena u postojećem ekosustavu. Ali općenito, utjecaj uređaja dizajniranih za pretvorbu sunčeve energije na okoliš je minimalan.

Ekonomija

Najveći troškovi povezani su s visokim troškovima sirovina. Kao što smo već saznali, posebne ploče izrađene su pomoću silicija. Unatoč činjenici da je ovaj mineral široko rasprostranjen u prirodi, postoje veliki problemi vezani uz njegovo vađenje. Činjenica je da silicij, koji čini više od četvrtine mase zemljine kore, nije pogodan za proizvodnju solarnih ćelija. U ove svrhe prikladan je samo najčišći materijal dobiven industrijskom metodom. Nažalost, vrlo je problematično dobiti najčišći silicij iz pijeska.

Cjenovno je ovaj resurs usporediv s uranom koji se koristi u nuklearnim elektranama. Zbog toga je cijena solarnih panela trenutno na prilično visokoj razini.

Moderne tehnologije

Prvi pokušaji ukroćenja sunčeve energije pojavili su se davno. Od tada su mnogi znanstvenici aktivno uključeni u potragu za najučinkovitijom opremom. Trebao bi biti ne samo isplativ, već i kompaktan. Njegova učinkovitost treba težiti maksimalnoj.

Prvi koraci prema idealnom uređaju za primanje i pretvaranje sunčeve energije napravljeni su izumom silicijskih baterija. Naravno, cijena je prilično visoka, ali ploče se mogu postaviti na krovove i zidove kuća, gdje nikome neće smetati. A učinkovitost takvih baterija je neporeciva.

Ali najbolji način da povećate popularnost solarne energije je da je učinite jeftinijom. Njemački znanstvenici već su predložili zamjenu silicija sintetičkim vlaknima koja se mogu integrirati u tkaninu ili druge materijale. Učinkovitost takve solarne baterije nije jako visoka. Ali majica prošarana sintetičkim vlaknima može barem dati električnu energiju pametnom telefonu ili igraču. Aktivno se radi i na području nanotehnologije. Vjerojatno će omogućiti suncu da postane najpopularniji izvor energije u ovom stoljeću. Stručnjaci Scates AS iz Norveške već su izjavili da će nanotehnologije smanjiti troškove solarnih panela za 2 puta.

Solarna energija za dom

Samodostatno stanovanje san je mnogih: nema ovisnosti o centraliziranom grijanju, nema problema s plaćanjem računa i nema štete za okoliš. Mnoge zemlje već aktivno grade stanove koji troše samo energiju dobivenu iz alternativnih izvora. Upečatljiv primjer je takozvana solarna kuća.

Tijekom procesa izgradnje zahtijevat će više ulaganja od tradicionalnog. Ali s druge strane, nakon nekoliko godina rada, svi troškovi će se isplatiti - nećete morati platiti grijanje, toplu vodu i struju. U solarnoj kući sve su te komunikacije vezane uz posebne fotonaponske panele postavljene na krovu. Štoviše, energetski resursi dobiveni na ovaj način ne troše se samo na tekuće potrebe, već se akumuliraju i za korištenje noću iu oblačnom vremenu.

Trenutno se izgradnja takvih kuća provodi ne samo u zemljama blizu ekvatora, gdje je najlakše dobiti solarnu energiju. Također se proizvode u Kanadi, Finskoj i Švedskoj.

Prednosti i nedostatci

Razvoj tehnologija koje omogućuju korištenje solarne energije posvuda mogao bi biti aktivniji. Ali postoje određeni razlozi zašto to još uvijek nije prioritet. Kao što smo već rekli, tijekom proizvodnje ploča nastaju tvari štetne za okoliš. Osim toga, gotova oprema sadrži galij, arsen, kadmij i olovo.

Potreba za recikliranjem fotonaponskih panela također postavlja mnoga pitanja. Nakon 50 godina rada postat će neupotrebljivi i morat će se nekako uništiti. Hoće li nanijeti golemu štetu prirodi? Također treba imati na umu da je solarna energija nestalan resurs čija učinkovitost ovisi o dobu dana i vremenu. A ovo je značajan nedostatak.

Ali ima i prednosti, naravno. Solarna energija može se iskopavati gotovo bilo gdje na Zemlji, a oprema za proizvodnju i pretvaranje može biti dovoljno mala da stane na poleđinu pametnog telefona. Što je još važnije, riječ je o obnovljivom izvoru, odnosno količina sunčeve energije ostat će nepromijenjena još barem tisuću godina.

izgledi

Razvoj tehnologija u području solarne energije trebao bi dovesti do smanjenja troškova izrade elemenata. Već se pojavljuju staklene ploče koje se mogu postaviti na prozore. Razvoj nanotehnologije omogućio je izmišljanje boje koja će se raspršivati ​​na solarne ploče i može zamijeniti sloj silicija. Ako cijena solarne energije stvarno padne nekoliko puta, njezina će popularnost također višestruko porasti.

Stvaranje malih panela za individualnu uporabu omogućit će ljudima korištenje sunčeve energije u bilo kojem okruženju – kod kuće, u automobilu ili čak izvan grada. Zahvaljujući njihovoj distribuciji, smanjit će se opterećenje centralizirane električne mreže, jer će ljudi moći samostalno puniti malu elektroniku.

Shellovi stručnjaci vjeruju da će se do 2040. oko polovica svjetske energije proizvoditi iz obnovljivih izvora. Već sada u Njemačkoj potrošnja solarne energije aktivno raste, a snaga baterije je veća od 35 gigavata. Japan također aktivno razvija ovu industriju. Ove dvije zemlje su vodeće u potrošnji solarne energije u svijetu. Sjedinjene Države vjerojatno će se uskoro pridružiti.

Drugi alternativni izvori energije

Znanstvenici ne prestaju razmišljati o tome što se još može koristiti za proizvodnju električne energije ili topline. Navedimo primjere alternativnih izvora energije koji najviše obećavaju.

Vjetrenjače se sada mogu pronaći u gotovo svakoj zemlji. Čak i na ulicama mnogih ruskih gradova postavljeni su lampioni koji se opskrbljuju električnom energijom iz energije vjetra. Sigurno je da je njihov trošak iznad prosjeka, ali s vremenom će nadoknaditi ovu razliku.

Prije dosta vremena izumljena je tehnologija koja vam omogućuje dobivanje energije koristeći razliku u temperaturama vode na površini oceana i na dubini. Kina će aktivno razvijati ovaj smjer. U nadolazećim godinama, uz obalu Srednjeg kraljevstva, izgradit će najveću elektranu koja radi na ovoj tehnologiji. More se može iskoristiti i na druge načine. Na primjer, u Australiji planiraju napraviti elektranu koja će energiju stvarati snagom struje.

Postoje mnogi drugi ili topline. Ali u usporedbi s mnogim drugim opcijama, solarna energija je stvarno obećavajući smjer u razvoju znanosti.

Jeste li postali sudionikom rasprava o alternativnoj energiji? Gotovo svi su barem nešto čuli o tome. A mnogi su čak imali priliku vlastitim očima promatrati solarne ploče ili vjetroelektrane. Sada je razvoj ove sfere opskrbe energijom vrlo važan za daljnji udoban život čovječanstva.

Budući da smo gotovo iscrpili glavni dio tradicionalnih resursa, poput minerala, moramo tražiti trajnije izvore. Jedan takav netradicionalni izvor energije je solarna energija. Ovaj resurs je jedan od najčešćih i lako dostupnih, budući da sunčeve svjetlosti ima u jednoj ili drugoj količini u bilo kojem kutu našeg planeta. Stoga su razvoji vezani uz akumulaciju sunčeve energije počeli dosta davno i aktivno se provode do danas.

Kao izvor energije, sunčeva svjetlost je izvrsna alternativa tradicionalnim izvorima. A uz pravilnu upotrebu, mogao bi u budućnosti istisnuti sve druge izvore energije.

Kako bi pronašli najučinkovitije metode za pretvorbu sunčeve energije, znanstvenici su morali razumjeti koja je pretvorba izvor sunčeve energije. Kako bi se odgovorilo na ovo pitanje, proveden je ogroman broj eksperimenata i studija. Postoje razne hipoteze za objašnjenje ovog fenomena. Ali eksperimentalno, tijekom dugih studija, dokazano je da reakcija, tijekom koje se vodik pretvara u helij uz pomoć jezgri ugljika, tako djeluje kao glavni izvor sunčeve energije.

Već znamo da su vodik i helij izvor sunčeve energije, ali sama sunčeva energija je izvor za određene procese. Svi zemaljski prirodni procesi odvijaju se zahvaljujući energiji primljenoj od Sunca.

Bez sunčevog zračenja bilo bi nemoguće:

• Kruženje vode u prirodi. Zbog utjecaja Sunca voda isparava. Upravo taj proces pokreće kruženje vlage na Zemlji. Porast i pad temperature utječe na stvaranje oblaka i oborina.
• Fotosinteza. Uz pomoć sunčeve svjetlosti odvija se i proces kojim se održava ravnoteža ugljičnog dioksida i kisika, stvaraju tvari potrebne za razvoj i rast biljaka.
• Atmosferska cirkulacija. Sunce utječe na procese kretanja zračnih masa i regulaciju topline.

Sunčeva energija je osnova za postojanje života na Zemlji. No njegov blagotvorni učinak tu ne završava. Čovječanstvu solarna energija može biti korisna kao alternativni izvor energije.

Trenutno je aktivan razvoj tehnologije omogućio pretvaranje sunčeve energije u druge oblike koje koristi čovjek. Kao obnovljivi izvor energije, solarna energija postala je široko rasprostranjena i aktivno se koristi, kako u industrijskim razmjerima, tako i lokalno na malim privatnim parcelama. Svake godine sve je više područja u kojima je korištenje solarne toplinske energije uobičajeno.

Danas se sunčeva svjetlost kao izvor energije koristi:

• U poljoprivredi za grijanje i opskrbu električnom energijom raznih gospodarskih zgrada kao što su plastenici, hangari i drugo.
• Opskrbiti strujom medicinske centre i sportske objekte.
• Za opskrbu naselja električnom energijom.
• Osigurati jeftiniju rasvjetu na gradskim ulicama.
• Za održavanje nesmetanog rada svih komunikacijskih sustava u stambenim zgradama.
• Za svakodnevne kućne potrebe stanovništva.

Na temelju toga vidimo da solarna energija zapravo može postati izvrstan izvor energije u gotovo svakom području ljudske aktivnosti. Stoga nastavak istraživanja u ovoj industriji može promijeniti uobičajeno trenutno postojanje u korijenu.

Danas se, zahvaljujući različitim razvojima i metodama, solarna energija kao alternativni izvor energije može pretvarati i akumulirati na mnogo načina. Sada postoje sustavi za aktivno korištenje sunčeve energije i pasivni sustavi. Koja je njihova bit?

• Pasivni (izbor građevinskog materijala i projektiranje prostora za maksimalno iskorištenje sunčeve energije) uglavnom su usmjereni na iskorištavanje izravne sunčeve energije. Pasivni sustavi su građevine koje su projektirane na način da primaju što više svjetlosne i toplinske energije od Sunca.
• Aktivni (fotonaponski sustavi, solarne elektrane i kolektori) pak znače stvarnu preradu primljene sunčeve energije u druge vrste potrebne čovjeku.

Obje vrste ovakvih sustava koriste se u određenim slučajevima, ovisno o potrebama koje moraju zadovoljiti. Bilo da se radi o izgradnji ekološki prihvatljive solarne kuće ili ugradnji kolektora na gradilištu, to će u svakom slučaju dati svoj rezultat i biti isplativa investicija.

Što je solarna elektrana? Ovo je posebno organizirana inženjerska struktura, zahvaljujući kojoj se odvijaju procesi pretvaranja sunčevog zračenja za daljnju proizvodnju električne energije. Dizajni takvih stanica mogu biti potpuno različiti ovisno o tome koja će se metoda obrade koristiti.

Vrste solarnih elektrana:

• SES, u središtu konstrukcije je toranj.
• Stanica, koja se gradi na pločasti tip.
• Na temelju rada fotonaponskih modula.
• Stanice koje rade uz pomoć paraboličkih koncentratora.
• S motorom Sterling koji je uzet kao osnova za rad.
• Aerostatske stanice.
• Elektrane kombiniranog tipa.

Kao što vidimo, solarna elektrana kao izvor energije odavno je prestala biti dio utopijskih znanstveno-fantastičnih romana i aktivno se koristi u cijelom svijetu za zadovoljenje energetskih potreba društva. Postoje jasne prednosti i mane njezina rada. Ali njihova ispravna ravnoteža omogućuje postizanje željenog rezultata.

Za i protiv solarnih elektrana

Prednosti:

• Sunčeva energija je obnovljivi izvor energije. Ujedno je javno dostupan i besplatan.
• Solarne instalacije su sasvim sigurne za korištenje.
• Takve elektrane su potpuno autonomne.
• Ekonomični su i imaju brzi rok povrata. Glavni troškovi javljaju se samo za potrebnu opremu i zahtijevaju minimalna ulaganja u budućnost.
• Još jedna značajka razlikovanja je stabilnost u radu. Na takvim stanicama praktički nema strujnih udara.
• Nisu hiroviti u održavanju i prilično su jednostavni za korištenje.
• Također, za SPP opremu karakteristično je dugo razdoblje rada.

Mane:

• Sunčev sustav je kao izvor energije vrlo osjetljiv na klimu, vremenske prilike i doba dana. Takva elektrana neće raditi učinkovito i produktivno noću ili po oblačnom danu.
• Niža produktivnost u geografskim širinama s jakim godišnjim dobima. Najučinkovitiji su u područjima gdje je broj sunčanih dana u godini najbliži 100%.
• Vrlo visoka i nedostupna cijena opreme za solarne instalacije.
• Potreba za povremenim čišćenjem ploča i površina od onečišćenja. Inače se apsorbira manje zračenja i produktivnost pada.
• Značajno povećanje temperature zraka unutar elektrane.
• Potreba za korištenjem terena s ogromnim područjem.
• Daljnje poteškoće u procesu zbrinjavanja komponenti postrojenja, posebno fotoćelija, nakon isteka njihovog životnog vijeka.

Kao iu svakom industrijskom području, obrada i pretvorba sunčeve energije ima svoje snage i slabosti. Vrlo je važno da prednosti pokrivaju nedostatke, u kojem će slučaju rad biti opravdan.

Većina razvoja u ovoj industriji sada je usmjerena na optimizaciju i poboljšanje izvedbe i korištenja postojećih metoda te na razvoj novih, sigurnijih i produktivnijih.

Sunčeva energija je energija budućnosti

Što dalje naše društvo ide u svom tehničkom razvoju, to više izvora energije može biti potrebno sa svakom novom fazom. Ali tradicionalnih resursa je sve manje, a cijena im sve više raste. Stoga su ljudi počeli aktivnije razmišljati o alternativnim mogućnostima opskrbe energijom. Tu u pomoć dolaze obnovljivi izvori. Energija vjetra, vode ili Sunca novi je krug koji društvu omogućuje daljnji razvoj, opskrbljujući ga potrebnim resursima.

Plutajući solarni paneli privukli su pozornost stručnjaka još 2011. godine, kada je francuska tvrtka Ciel & Terre razvila svoj prvi "floater" - Hydrelio Floating PV sustav, napominje web stranica EVWind.

Plutajući otočni panel pokazao se traženim na tržištu čiste energije, mnoge su zemlje prihvatile ovu metodu proizvodnje električne energije. Na primjer, u Čileu, gdje rudarenje zahtijeva stalni utrošak energije i vode: postavljanjem solarne ploče na površinu brojnih jezera, vlada je smanjila troškove rudarenja i smanjila ugljični otisak.

Ploče plutajućih baterija još uvijek se testiraju u rudniku Los Bronques, u blizini kojeg je stvoren eksperimentalni energetski otok - projekt Los Tortolas financiraju tvrtke iz Velike Britanije i SAD-a, područje solarnih panela još uvijek je 112 četvornih metara, čileanski ministar rudarstva Baldo Prokuritsa. Tortolas je svečano otvoren u travnju, plutajuća baterija koštala je 250.000 dolara, ali ako uspije, područje će se proširiti na 40 hektara.

Prema mišljenju stručnjaka, solarna energija ima veliku perspektivu u Čileu. U zemlji postoji oko 800 ribnjaka koji se mogu koristiti za postavljanje plutajućih solarnih elektrana (SPP). Kako su zamislili inženjeri, plutajuća baterija postavljena je u središte vodenog tijela, koje se koristi za skladištenje "repova" (otpada iz rudarstva). Time se postiže trostruka korist:

• sjena snižava temperaturu vode u ribnjaku;
• isparavanje vode smanjeno je za 80%;
• proizvodnja je višestruko jeftinija, rad na solarnu energiju.

Ekolozi pozdravljaju takav plan, jer je u rudniku ostalo mnogo više vode za prirodnu ravnotežu, ovaj pristup može smanjiti regionalnu potrošnju ionako oskudne svježe vode.

Ovim sustavom Čile racionalizira potrošnju svježe vode u skladu sa svojim ciljem poboljšanja procesa rudarenja i smanjenja potrošnje svježe vode za 50% do 2030. godine. Ugljični otisak automatski se smanjuje i kroz proizvodnju čiste energije.

Čile postupno povećava svoj udio čiste energije

Rudnik Los Bronques nalazi se 65 km od glavnog grada Čilea na nadmorskoj visini od 3,5 km. Gotovo 20% energije koja se proizvede i koristi u ovoj latinoameričkoj zemlji 2019. je čista. U 2013. godini pokazatelj je iznosio samo šest posto, što pokazuje stalan porast udjela zelene energije u nacionalnom gospodarstvu zemlje i njezinu predanost ciljevima Pariškog klimatskog sporazuma (2015.).

Razvoj inženjera iz Ciel & Terre, kao i financijska pomoć, dali su Čileu priliku da proširi horizonte energetskog tržišta i izađe iz začaranog kruga u kojem se električna energija dobiva spaljivanjem minerala. Plutajući solarni paneli jednostavni su za postavljanje, održavanje i upravljanje. Termoplastika visoke gustoće, ugrađena na 12 stupnjeva, potpuno je ekološka i može se reciklirati. Plutajuća solarna elektrana ne šteti prirodi, isplativa je i fleksibilna u postavkama.

Prema čileanskim inženjerima, ovo je jednostavna i pristupačna alternativa solarnim postrojenjima na zemlji. Idealan je za vodeno intenzivne industrije s ograničenom potrošnjom vode ili površinom zemljišta.

Hevel će u Kazahstanu graditi solarnu elektranu snage 100 MW

Hladna energija: "antisolarna baterija" radi noću

Inženjeri su stvorili uređaj koji se može nazvati reverznom solarnom ćelijom: ona stvara struju ne kada apsorbira fotone, već kada ih emitira. Takav izvor energije mogao bi noću pokretati različitu opremu, ispuštajući toplinu pohranjenu na površini Zemlje u svemir.

Kao što znate, zagrijana tijela emitiraju zračenje. To je lako provjeriti podizanjem ruke na vruću bateriju (po mogućnosti sa strane tako da tok toplog zraka prema gore ne ometa). Ako objekt iz vanjskog okoliša ne prima onoliko toplinske energije koliko zrači, on se hladi. Da bi se objekt učinkovitije hladio, mora mu se omogućiti slobodna izmjena fotona sa najhladnijim mogućim okruženjem.

Još u 20. stoljeću fizičari su teorijski izračunali, a posljednjih godina eksperimentalno dokazali učinak negativnog osvjetljenja. Leži u činjenici da fotodioda može generirati električnu energiju ne samo apsorbirajući fotone koji dolaze iz vanjskog okruženja (kao u konvencionalnoj solarnoj bateriji), već, naprotiv, dajući ih i hladeći zbog toga. Ovaj proces troši energiju pohranjenu u uređaju u obliku topline.

Za rad takvog uređaja potrebno je hladno okruženje u kojem će fotoni otići bez povratka. A takvo okruženje imamo nadohvat ruke, bolje rečeno iznad glave: ovo je otvoreni prostor.

Naravno, ako se takav emiter jednostavno lansira u orbitu (i ne dopusti mu da se zagrije od Sunca, držeći ga u sjeni), brzo će istaknuti svu svoju toplinu, izjednačiti temperaturu s vakuumom svemira i prestati generirati energiju .

Međutim, na Zemlji mu je moguće osigurati toplinski kontakt s površinom planeta. Čim fotoćelija postane hladnija od okolnih tijela, manjak energije će se nadoknaditi zbog toplinske vodljivosti. Zahvaljujući tome, fotoni će i dalje redovito letjeti u ledeni svemir kroz atmosferu, koja je prilično prozirna na valnim duljinama od 8 do 13 mikrometara (uski pojas u srednjem infracrvenom području). Dio energije zračenja koje napušta instalaciju pretvorit će se u električnu energiju.

Upravo su ovaj uređaj stvorili autori novog rada. Kao materijal za fotodiodu odabrali su spoj žive, kadmija i telura (HgCdTe). Ova tvar učinkovito zrači točno u željenom rasponu valnih duljina. Prolazeći kroz hemisferičnu leću od galijeva arsenida (GaAs) i prozor od barijevog ferida (BaFe2), fotoni udaraju u parabolično zrcalo koje ih šalje ravno u nebo. Da bi došlo do diode iz vanjskog okruženja, zračenje treba ići istim putem u suprotnom smjeru. Svi ovi trikovi potrebni su kako bi instalacija gotovo isključivo izmjenjivala fotone sa svemirom, a energiju primala od Zemlje zahvaljujući provođenju topline.

Eksperimentalna postavka u eksperimentima Fanove skupine generirala je 64 nanowata po kvadratnom metru površine. Naravno, uređaji se ne mogu napajati takvom snagom. No, kako su autori izračunali, teorijska granica, uzimajući u obzir utjecaj atmosfere, iznosi 4 vata po kvadratnom metru. To je znatno manje od modernih solarnih panela (100-200 vata po četvornom metru), ali sasvim dovoljno za napajanje nekih uređaja.

Da bi se snaga instalacije približila ovoj oznaci, potrebno je odabrati materijal za fotodiodu s izraženijim negativnim učinkom osvjetljenja. Istraživači trenutno traže takvu tvar.

2018

Tržište solarne energije u EU-u poraslo je za 36% u godinu dana

Objavljeni su preliminarni podaci o razvoju solarne energije u europskim zemljama. U vodstvu je i dalje Njemačka, druga je Turska, a treća Nizozemska.

Prema statistikama Udruge za solarnu energiju SolarPower Europe, europsko tržište značajno je poraslo u 2018. U 28 zemalja EU pušteno je u rad 8 GW solarnih elektrana, što je 36% više nego 2017. godine. Istodobno, 11 zemalja već je premašilo svoje obveze uvođenja obnovljivih izvora energije i dosegnulo razinu iz 2020. godine. Šire europsko tržište, uključujući Tursku, Rusiju, Ukrajinu, Norvešku, Švicarsku, Srbiju, Bjelorusiju, također je pokazalo povećanje od 11 GW, što je 20% više u odnosu na godinu ranije.

Njemačka je 2018. ponovno postala najveće tržište solarne energije na europskom kontinentu s novim solarnim elektranama ukupnog kapaciteta 3 GW. Turska je, zbog visokog tempa razvoja tržišta u posljednje dvije godine, zauzela drugo mjesto (1,64 GW). Nizozemska, koja je također postavila nacionalni rekord od 1,4 GW puštenih SPP-ova, na kraju godine bila je na trećem mjestu.

Prema stručnjacima, u 2019. godini industrija će rasti još više - čimbenici kao što su ukidanje carina na kineske solarne panele i konkurentnost industrijskih fotonaponskih solarnih elektrana utjecat će na razvoj solarne energije u Europi.

Stvorena je molekula na bazi željeza koja može "uhvatiti" energiju sunčeve svjetlosti

Dana 4. prosinca 2018. postalo je poznato da se neki fotokatalizatori i solarne ćelije temelje na tehnologiji koja uključuje molekule koje sadrže metale. Njihova je zadaća upijati zrake i koristiti njihovu energiju. Za prosinac 2018. metali u ovim izvedbama rijetki su i skupi su, na primjer, rutenij, osmij i iridij.

Zajedno s kolegama radio je na pronalaženju alternative za skupe metale. Istraživači su se usredotočili na željezo koje je mnogo lakše iskopati. Znanstvenici su stvorili svoje molekule na bazi željeza, njegov potencijal za korištenje u solarnoj energiji je dokazan u prethodnim studijama.

Od prosinca 2018. ovo je istraživanje otišlo korak dalje i razvilo molekulu na bazi željeza koja može "uhvatiti" i koristiti energiju sunčeve svjetlosti dovoljno dugo da može reagirati s drugom molekulom.

Studija je objavljena u časopisu Science. Prema istraživačima, molekula se može koristiti u sljedećim vrstama fotokatalizatora za proizvodnju solarne energije. Osim toga, rezultati otvaraju druge potencijalne primjene za molekule željeza, kao što su materijali u LED diodama.

Istraživači približavaju učinkovitost solarnih ćelija konvencionalnoj

5. listopada 2018. postalo je poznato da su istraživači približili učinkovitost solarne baterije uobičajenoj. Solarna energija smatra se najodrživijom alternativom fosilnim gorivima, ali tehnologija za njezino pretvaranje u električnu energiju mora biti vrlo učinkovita i jeftina. Znanstvenici s Odjela za energetske materijale Instituta za znanost i tehnologiju Okinawe vjeruju da su pronašli formulu za izradu jeftinih, visokoučinkovitih solarnih ćelija.

Kako bi to učinio, profesor Yaobing Qi, voditelj studije, identificirao je tri uvjeta koji će dovesti do toga da tehnologija bude uvedena na tržište i uspješno komercijalizirana. Prema njegovim riječima, brzina pretvorbe sunčeve svjetlosti u električnu energiju mora biti visoka, jeftina i također izdržljiva.

Za listopad 2018. većina komercijalnih fotoćelija koje se koriste u baterijama izrađene su od kristalnog silicija. Ima relativno nisku učinkovitost - oko 22%. U konačnici to dovodi do toga da je proizvod skup za potrošača, a njegova jedina motivacija za kupnju je briga za prirodu. Japanski znanstvenici predlažu riješiti problem uz pomoć perovskita.

SoftBank gradi najveću solarnu elektranu u Saudijskoj Arabiji

Odgovarajući memorandum o namjerama potpisali su u New Yorku saudijski prijestolonasljednik Mohammed bin Salman Al Saud i izvršni direktor SoftBanka Masayoshi Son. Princ je u trotjednom službenom posjetu, napominje kanal.

Planirani kapacitet kaskade solarnih panela je 200 GW, što je višestruko više od bilo koje postojeće solarne elektrane. Usporedbe radi, kalifornijska solarna farma Topaz, jedna od najvećih te vrste, ima najveću snagu od oko 550 MW. Energiju tamo pohranjuje 9 milijuna tankoslojnih fotonaponskih modula.

Nizozemski startup Oceans of Energy, specijaliziran za razvoj plutajućih sustava obnovljive energije, udružio se s pet velikih kompanija kako bi izgradio prvu morsku solarnu elektranu na svijetu. "Takve elektrane već rade na vodenim tijelima u kopnenim dijelovima različitih zemalja. Ali nitko ih nije izgradio na moru - to je izuzetno težak zadatak. Moramo se nositi s ogromnim valovima i drugim destruktivnim silama prirode. Međutim, uvjereni smo da se udruživanjem našeg znanja i iskustva možemo nositi s ovim projektom," rekao je Allard van Hoeken, voditelj Oceans of Energy.

Prema preliminarnim proračunima, plutajuća elektrana bit će 15% učinkovitija od postojećih instalacija. Nizozemski energetski istraživački centar (ECN) odabrat će najprikladnije solarne module. Njegovi stručnjaci vjeruju da je za projekt moguće koristiti standardne solarne panele koji rade i na zemaljskim solarnim stanicama. "Da vidimo kako se ponašaju u morskoj vodi iu nepovoljnim vremenskim uvjetima", rekao je glasnogovornik ECN-a Jan Kroon.

Konzorcij ističe da se plutajuća solarna elektrana može postaviti izravno između pučinskih vjetroturbina. Ima mirnijih valova i svi vodovi su već postavljeni. U sljedeće tri godine konzorcij će raditi na prototipu uz financijsku potporu Državne agencije za poduzetništvo Nizozemske. Sveučilište u Utrechtu osigurat će startupu materijale svojih istraživanja.

Cijena solarne energije u Australiji pala je za 44% od 2012

Ovo ludilo za obnovljivom energijom navelo je ljude da zapravo počnu plaćati manje za struju. S pozitivne strane, smanjila se i sama cijena električne energije. Od 2012. godine troškovi postavljanja i rada solarnih panela pali su gotovo za polovicu.

U 2017. privatni vlasnici kuća i poduzeća u zemlji instalirali su panele ukupnog kapaciteta 1,05 GW. Ovu ocjenu daje agencija odgovorna za čistu energiju u zemlji. Vlasti kažu da je to rekordna brojka u povijesti. Početkom ovog desetljeća rast obnovljive energije navodno je bio povezan s unosnim subvencijama i poreznim prijedlozima, no rast u 2017. je drugačiji: stanovnici zemlje odlučili su se na ovaj način boriti protiv povećanja cijena električne energije, a pokret je postao masovan.

BNEF predviđa da će Australija postati svjetski lider u uvođenju solarnih panela. Do 2040. godine 25% potreba zemlje za električnom energijom pokrivat će krovni solarni paneli. To će postati moguće zahvaljujući činjenici da je danas razdoblje povrata za takva rješenja smanjeno na minimum od 2012. Iako to ne znači da su tradicionalne elektrane u Australiji stvar prošlosti, ali ljudi postaju slobodniji u pitanjima opskrbe električnom energijom.

2017

Južna Koreja će povećati solarnu proizvodnju za 5 puta do 2030

Južnokorejski ministar trgovine, industrije i energetike predstavio je vladin plan za peterostruko povećanje proizvodnje solarne energije do 2030.

Najava je uslijedila nedugo nakon što je ovogodišnji novoizabrani predsjednik Moon Jae-in obećao prekinuti vladinu potporu izgradnji novih nuklearnih elektrana i prijeći na čiste izvore energije. Vlada je već otkazala izgradnju šest nuklearnih reaktora u Južnoj Koreji.

Ukupno, zemlja planira do 2030. dobiti petinu proizvedene električne energije iz obnovljivih izvora. Prošle godine ta je brojka iznosila 7%. U tu svrhu planirano je dodati 30,8 GW solarne energije i 16,5 GW vjetroelektrana do zadanog datuma. Dodatna energija doći će iz velikih projekata, kao i privatnih kućanstava i malih poduzeća, rekao je ministar Paik Ungyu. "Iz temelja ćemo promijeniti način na koji se razvija obnovljiva energija stvaranjem okruženja u kojem građani mogu lako sudjelovati u trgovini obnovljivom energijom", rekao je.

To znači da bi do 2022. otprilike 1 od 30 kućanstava trebalo biti opremljeno solarnim pločama, navodi Clean Technica.

Ipak, dok je Južna Koreja na petom mjestu u svijetu po korištenju nuklearne energije. Zemlja ima 24 aktivna reaktora koji osiguravaju oko trećinu potreba zemlje za električnom energijom.

BP ulaže 200 milijuna dolara u solarnu energiju

Pustinja Atacama u Čileu jedno je od najsunčanijih i najsušnijih mjesta na planeti. Logično je da su baš tamo odlučili graditi najveću solarnu elektranu u Latinskoj Americi El Romero. Divovski solarni paneli pokrivaju 280 hektara površine. Njegov vršni kapacitet je 246 MW, a elektrana proizvodi 493 GWh energije godišnje - dovoljno za napajanje 240.000 domova.

Začudo, prije samo pet godina u Čileu se gotovo uopće nisu koristili obnovljivi izvori energije. Zemlja je ovisila o susjedima opskrbljivačima energijom koji su napuhavali cijene i tjerali Čileance na pretjerane račune za struju. Međutim, upravo je nedostatak fosilnih goriva doveo do velike poplave ulaganja u obnovljive izvore energije, posebice solarnu energiju.

Sada Čile proizvodi gotovo najjeftiniju solarnu energiju na svijetu. Tvrtke se nadaju da će zemlja postati "Saudijska Arabija za Latinsku Ameriku". Čile se već pridružio Meksiku i Brazilu u prvih 10 zemalja koje proizvode obnovljivu energiju i sada je postavljen da predvodi tranziciju čiste energije u Latinskoj Americi.

“Vlada Michelle Bachelet napravila je tihu revoluciju”, rekao je sociolog Eugenio Tironi.

Sada kada je čileansko oligopolističko tržište energije otvoreno za konkurenciju, vlada je postavila novi cilj: do 2025. 20% energije u zemlji mora dolaziti iz obnovljivih izvora. A do 2040. Čile će u potpunosti prijeći na "čistu" energiju. Ni stručnjacima se to ne čini kao utopija, budući da domaće solarne elektrane uz sadašnju tehnologiju proizvode struju dvostruko jeftinije od elektrana na ugljen. Cijene solarne energije pale su 75% na rekordnih 2.148 centi po kilovatsatu.

Proizvodne tvrtke suočavaju se s još jednim problemom: prejeftina struja ne donosi veliku zaradu, a održavanje i zamjena solarnih panela nije jeftina. “Vlada će morati izgraditi dugoročne strategije kako čudo ne bi postalo noćna mora”, rekao je José Ignacio Escobar, izvršni direktor španjolskog konglomerata Acciona.

Google u potpunosti prelazi na solarnu energiju i energiju vjetra

Tvrtka je postala najveći svjetski korporativni kupac obnovljive energije, dosegnuvši ukupni kapacitet od 3 GW. Ukupna Googleova ulaganja u čistu energiju dosegla su 3,5 milijardi dolara, piše Electrek u studenom 2017.

Google službeno prelazi na 100% solarnu energiju i energiju vjetra. Tvrtka je potpisala ugovor s tri vjetroelektrane: Avangrid u Južnoj Dakoti, EDF u Iowi i GRDA u Oklahomi, ukupne snage 535 MW. Sada će Googleovi uredi diljem svijeta trošiti 3 GW obnovljive energije.

Ukupna ulaganja tvrtke u energetski sektor dosegla su 3,5 milijardi dolara, a 2/3 njih su u pogonima u. Takav interes za "čiste" izvore povezan je, prije svega, s padom cijene energije sunca i vjetra za 60-80% posljednjih godina.

Google je prvi put potpisao partnerstvo sa solarnom farmom od 114 MW u Iowi još 2010. godine. Do studenog 2016. tvrtka je već bila sudionik u 20 projekata obnovljivih izvora energije. U prosincu 2016. namjeravao se u potpunosti prebaciti na solarnu energiju i energiju vjetra. Google je sada najveći svjetski korporativni kupac obnovljive energije.

Pametno staklo za prozore izumljeno je u Švedskoj

Znanstvenici već dugo istražuju ovo područje i traže primjene za razvoj. U suvremenom svijetu ova je tehnologija relevantna, jer gubitak topline kuća zbog prozora iznosi oko 20%. Znanstvenici smatraju da se njihov izum može koristiti i za toplinsku izolaciju raznih objekata.

Sela u Iranu prodaju struju državi

Od jeseni 2017. u Iranu postoji više od 200 "zelenih" sela. Očekuje se da će do proljeća 2018. njihov broj dosegnuti 300. Iran danas izvještava da su solarni paneli instalirani u nekim naseljima u zemlji već deset godina . Napominje se da se najveće količine sunčeve energije proizvode u pokrajinama Kerman, Khuzestan i Lorestan.

U početku je pojava alternativnih izvora energije u iranskim selima bila posljedica nemogućnosti isporuke električne energije iz gradova. Sada vlastitu energiju prodaju iranskom Ministarstvu energetike. Planira se razviti zakonodavne norme, prema kojima će kupnja električne energije u selima postati stalna.

Do 2030. Iran očekuje proizvodnju 7.500 MW "zelene" energije, danas je ta brojka samo 350 MW. Međutim, zemlja ima dobre izglede za razvoj solarne energije, jer sunce obasjava 2/3 teritorija 300 dana u godini.

Britanski znanstvenici izumili su staklene cigle na solarni pogon

Tim znanstvenika sa Sveučilišta Exeter u Engleskoj razvio je staklene zidne jedinice s ugrađenim solarnim pločama. Ovo piše arhitektonski portal Archdaily. Blokovi se mogu koristiti u izgradnji kuća umjesto obične opeke.

Građevinski materijal nazvan je "Solar Squared" ("Solar Square Tile"). Kako su pokazala ispitivanja u laboratoriju sveučilišta, osim proizvodnje električne energije, blokovi imaju niz drugih korisnih svojstava. Konkretno, ovako izvedeni zidovi dobro propuštaju sunčevu svjetlost u zgradu i zadržavaju toplinu u prostorijama.

Kako bi promovirali proizvod, znanstvenici su stvorili inovativnu tvrtku The Build Solar. Trenutno je u tijeku potraga za investitorima. Lansiranje "solarnog crijepa" na tržište okvirno je predviđeno za 2018. godinu.

Dubai pokreće najveću solarnu elektranu na svijetu

Ugradnja svake solarne ploče koštala je 6000 eura, uključujući najam za godinu dana, popravke i tehničku opremu. Planirano je da solarni paneli rade na stajalištima javnog prijevoza oko godinu dana, nakon čega će biti prebačeni u škole i vrtiće.

Prema riječima Piotra Switalskog, šefa delegacije EU u Armeniji, EU je zainteresirana za razvoj alternativne energije u zemlji. Stajalište solarnih panela nazvao je "solarnim stajalištem Europske unije".

O solarnoj energiji i izgledima za njezin razvoj već se godinama vode sporovi i rasprave. Većina solarnu energiju smatra energijom budućnosti, nadom cijelog čovječanstva. Velik broj tvrtki ulaže velika sredstva u izgradnju solarnih elektrana. Solarna energija se razvija u mnogim zemljama svijeta, smatrajući je glavnom alternativom tradicionalnim nositeljima energije. Njemačka, koja je daleko od sunčane zemlje, postala je svjetski lider u ovoj oblasti. Ukupni kapacitet SES-a u Njemačkoj raste iz godine u godinu. Ozbiljno se bavi razvojem na polju solarne energije u Kini. Prema optimističnoj prognozi Međunarodne agencije za energiju, do 2050. godine solarne elektrane moći će proizvoditi do 20-25% svjetske električne energije.
Alternativni pogled na perspektivu solarnih elektrana temelji se na činjenici da su troškovi potrebni za proizvodnju solarnih panela i baterijskih sustava višestruko veći od dobiti od električne energije proizvedene u solarnim elektranama. Protivnici ovog stava tvrde da je upravo suprotno. Moderne solarne baterije mogu raditi bez novih ulaganja desecima, pa čak i stotinama godina, a ukupna proizvedena energija jednaka je beskonačnosti. Zato će, dugoročno gledano, električna energija proizvedena korištenjem sunčeve energije postati ne samo isplativa, već superprofitabilna.
Gdje je istina? Pokušajmo to shvatiti zajedno s vama, dragi čitatelji. Osvrnut ćemo se na suvremene pristupe u području solarne energije i neke od najbriljantnijih ideja koje su do sada već realizirane. Pokušat ćemo utvrditi učinkovitost solarnih panela koji trenutno rade, kako bismo razumjeli zašto je danas ta učinkovitost prilično niska.

Učinkovitost solarnih panela u Rusiji
Prema suvremenim istraživanjima, sunčeva energija iznosi oko 1367 vata po kvadratnom metru (solarna konstanta). Na ekvatoru samo 1020 vata dopire do zemlje kroz atmosferu. Na području Rusije uz pomoć solarnih elektrana (pod pretpostavkom da je učinkovitost solarnih ćelija danas 16%) može se dobiti prosječno 163,2 vata po kvadratnom metru.
Pri tome se uzimaju u obzir vremenski uvjeti, trajanje dana i noći, kao i vrsta instalacije solarnih panela (učinkovitost solarne baterije se ne uzima u obzir).
Ako je kvadratni kilometar solarnih panela postavljen u Moskvi pod kutom od 40 stupnjeva (što je optimalno za Moskvu), tada će godišnja količina proizvedene električne energije biti 1173 * 0,16 = 187,6 GW * h. Uz cijenu električne energije od 3 rublje po kWh, nominalna vrijednost proizvedene električne energije je 561 milijun rubalja.

Najčešći načini proizvodnje električne energije pomoću sunca:

Solarne termoelektrane
Ogromna zrcala takvih solarnih elektrana okrećući se hvataju sunce i reflektiraju ga na kolektor. Princip rada takvih elektrana temelji se na pretvaranju toplinske energije sunca u mehaničku električnu energiju termodinamičkog stroja, bilo uz pomoć plinsko-klipnog Stirlingovog motora, bilo zagrijavanjem vode itd.

Kao primjer uzmimo elektranu Ivanpah (kapaciteta 392 megavata) u koju je uložio svemogući Google. Više od dvije milijarde američkih dolara uloženo je u izgradnju solarne elektrane koja se nalazi u kalifornijskoj pustinji Mojave. Za 1 kW instalirane snage solarne elektrane potrošeno je 5612 dolara. Mnogi vjeruju da su ti troškovi, iako viši od onih za elektrane na ugljen, puno niži od onih za nuklearne elektrane. Ali je li? Prvo, nuklearna elektrana košta između 2000 i 4000 dolara po kilovatu instaliranog kapaciteta, što je jeftinije od cijene izgradnje Ivanpaha. Drugo, godišnja proizvodnja električne energije solarne elektrane iznosi 1079 GWh, dakle njezin prosječni godišnji kapacitet iznosi 123,1 MW. Osim toga, solarna elektrana može generirati sunčevu energiju samo tijekom dana. Tako "prosječna" cijena izgradnje solarne elektrane iznosi 17.870 dolara po 1 kW, što je prilično značajna cijena. Možda bi bilo skuplje proizvoditi električnu energiju u svemiru. Troškovi izgradnje konvencionalnih elektrana koje rade, primjerice, na plin su 20-40 puta niži. Pritom, za razliku od solarnih elektrana, ove elektrane mogu raditi neprekidno, proizvodeći električnu energiju kada za to postoji potreba, a ne samo u vrijeme kada sija sunce.
Ali znamo da su moderne solarne termoelektrane sposobne proizvoditi električnu energiju 24 sata dnevno, koristeći za to veliku količinu rashladne tekućine koja se zagrijava tijekom dana. Jedino se trošak izgradnje ovih stanica pokušava ne reklamirati previše, valjda zato što je značajan. A ako se u cijenu projektiranja i izgradnje solarnih elektrana, posebice izgradnje crpnih elektrana, uračunaju baterije, tada će se iznos povećati do fantastičnih razmjera.

silicijske solarne ćelije
Danas se za rad solarnih elektrana koriste poluvodičke fotoćelije koje su poluvodičke diode velike površine. Svjetlosni kvant koji uleti u pn spoj stvara par elektron-šupljina, dok se na izlazima fotodiode stvara pad napona (reda veličine 0,5 V).
Učinkovitost silicijske solarne baterije je oko 16%. Zašto je učinkovitost tako niska? Da bi se formirao par elektron-šupljina, potrebna je određena energija. Ako kvant svjetlosti koji dolazi ima nisku energiju, tada neće doći do stvaranja para. U ovom slučaju, kvant svjetlosti će jednostavno proći kroz silicij, kao kroz obično staklo. Zbog toga je silicij proziran za infracrveno svjetlo veće od 1,2 µm. Ako svjetlosni kvant stigne s više energije nego što je potrebno za generiranje (zeleno svjetlo), formira se par, ali višak energije jednostavno neće otići nigdje. Kod plave i ultraljubičaste svjetlosti (čija je energija vrlo visoka), kvant možda neće imati vremena da dosegne samu dubinu p-n spoja.

Kako se sunčeva svjetlost ne bi reflektirala od površine solarne baterije, na nju se nanosi poseban antirefleksni premaz (takav premaz se također nanosi na leće fotografskih leća). Površinska tekstura je neujednačena (u obliku češlja). U ovom slučaju, svjetlosni tok, jednom reflektiran od površine, ponovno se vraća.
Učinkovitost fotoćelija povećava se kombiniranjem fotoćelija na bazi različitih poluvodiča i s različitim energijama potrebnim za stvaranje para elektron-šupljina. Za trostupanjske silicijske fotoćelije postiže se učinkovitost od 44% i više. Princip rada trostupanjske fotoćelije temelji se na tome da se prvo postavlja fotoćelija koja učinkovito apsorbira plavu svjetlost, a propušta crvenu i zelenu. Druga fotoćelija apsorbira zelenu, treća IR. Međutim, trostupanjske fotoćelije danas su vrlo skupe, stoga su u širokoj upotrebi jeftinije jednostupanjske fotoćelije koje su cijenom ispred trostupanjski u Watt/$.
Kina gigantskim tempom razvija proizvodnju silicijskih solarnih ćelija, zbog čega se smanjuje cijena jednog vata. U Kini je oko 0,5 dolara po vatu.
Glavne vrste silicijskih solarnih ćelija su:
Monokristalni
Polikristalni
Učinkovitost monokristalnih solarnih ćelija, koje su skuplje, nešto je veća (za samo 1%) od učinkovitosti polikristalnih. Solarne ćelije od polikristalnog silicija danas daju najjeftiniji trošak po vatu proizvedene električne energije.
Silikonske solarne ćelije ne mogu trajati vječno. Tijekom 20 godina rada u agresivnom okruženju, najnapredniji od njih gube do 15 posto svoje izvorne snage. Postoji razlog za vjerovanje da se daljnja degradacija solarnih panela usporava.

Silicijska fotoćelija i parabolično zrcalo
Izumitelji diljem svijeta na sve načine pokušavaju povećati ekonomsku isplativost solarnih elektrana. Ako, primjerice, uzmemo malu učinkovitu silicijsku fotoćeliju i parabolično zrcalo (koncentrirani fotonapon), možemo postići učinkovitost od 40% umjesto 16, a zrcalo je puno jeftinije od solarne baterije. Ali da bi se pratilo sunce, potrebni su pouzdani mehaničari. Ogromna zrcalna okretna antena mora biti sigurno pričvršćena i zaštićena od snažnih naleta vjetra i agresivnih čimbenika okoline. Drugi problem je taj što parabolična zrcala ne mogu fokusirati raspršeno svjetlo. Ako je sunce zašlo čak i iza tankih oblaka, proizvodnja energije iz paraboličnog sustava će pasti na nulu. U konvencionalnim solarnim panelima pod ovim uvjetima, proizvodnja toplinske energije je također ozbiljno smanjena, ali ne do nule. Solarni paneli s paraboličnim zrcalima su preskupi u smislu troškova instalacije i skupi za održavanje.

Okrugle solarne ćelije na krovovima
Američka tvrtka Solyndra, uz potporu vlade, dizajnirala je solarne ćelije okruglog oblika. Postavljeni su na krovove obojene u bijelo. Kružni solarni nizovi napravljeni su raspršivanjem vodljivog sloja (u slučaju Solyndre korišten je bakar indij galij (di)selenid) na staklene cijevi. Stvarna učinkovitost okruglih baterija bila je oko 8,5%, što je manje od jeftinijih silicijskih. Solyndra, koja je dobila državna jamstva na ogroman kredit, bankrotirala je. U tehnologiju, čija je isplativost od samog početka bila vrlo upitna, američko gospodarstvo uložilo je mnogo novca. “Uspješno” lobiranje neučinkovitih tehnologija nije samo ruski know-how.

Veliki problem solarne energije!
Poznato je da solarne elektrane danju proizvode električnu energiju, dok se velika potreba za električnom energijom javlja upravo navečer. To znači da bez baterija solarne elektrane neće biti učinkovite. Tijekom večernjeg vršnog opterećenja električne energije morat će se koristiti alternativni (klasični) izvori električne energije. Tijekom dana neke će tradicionalne elektrane morati biti isključene, a neke će biti u pripravnosti za slučaj lošeg vremena. Ako se nad solarnom elektranom nadviju oblaci, električnu energiju koja nedostaje trebala bi osigurati rezerva. Kao rezultat toga, klasični proizvodni kapaciteti stoje u rezervi i gube dobit.

Postoji još jedan način. Ogleda se u projektu Desertec – prijenosu električne energije iz Afrike u Europu. Uz pomoć dalekovoda u večernjem vrhuncu potrošnje električne energije moguće je prenositi električnu energiju iz solarnih elektrana, koje se nalaze u onim dijelovima zemaljske kugle gdje je u to vrijeme sunce na vrhuncu. Ali ova metoda, prije prelaska na supravodiče, zahtijeva ogromne financijske troškove, kao i sve vrste sporazuma između različitih država.

Upotreba baterije
Otkrili smo da je prosječna cijena po vatu proizvedenom solarnom pločom 0,50 USD. Tijekom dana (8 sati), baterija može generirati unutar 8 Wh. Ta se energija mora sačuvati do večernjeg vrha potrošnje električne energije.
Litijske baterije razvijene u Kini koštaju otprilike 0,4 dolara po Wh, tako da bi za solarnu ploču od 0,5 dolara bilo potrebno 3,2 dolara baterije po vatu, što je šest puta više od cijene same baterije. S obzirom da je litijeva baterija predviđena za maksimalno 2000 ciklusa punjenja i pražnjenja, što je tri do šest godina, možemo zaključiti da je litijeva baterija izuzetno skupo rješenje.
Najjeftinije baterije su olovne. Veleprodajna cijena ovih daleko od ekološki najprihvatljivijih sustava je oko 0,08 USD po Wh. Olovne baterije, kao i litijeve baterije, dizajnirane su za 3-6 godina rada. Učinkovitost olovne baterije je 75%. Ova baterija gubi četvrtinu svoje energije u ciklusu punjenja i pražnjenja. Kako biste uštedjeli dnevnu proizvodnju solarne energije, morat ćete kupiti olovne baterije za 0,64 USD. Vidimo da je to također više od cijene samih baterija.
Za suvremene solarne elektrane razvijene su pumpno-akumulacijske elektrane. Tijekom dana u njih se pumpa voda, a noću rade kao obične hidroelektrane. Ali izgradnja ovih elektrana (90% učinkovitosti) nije uvijek moguća i izuzetno je skupa.
Možemo izvući razočaravajući zaključak. Danas su baterije skuplje od samih solarnih elektrana. Za velike solarne elektrane one nisu predviđene. Kako se električna energija proizvodi, velike solarne elektrane je prodaju distribucijskim mrežama. U večernjim i noćnim satima električnu energiju proizvode konvencionalne elektrane.

Solarna energija - koja je njena cijena danas?
Uzmimo za primjer Njemačku - svjetskog lidera u korištenju solarne energije. Kilovat solarne energije koji se proizvede (čak i danju, a takva je struja jeftinija) kod nas se otkupljuje po cijeni od 12 do 17,45 eurocenti po kWh. Budući da su plinske elektrane u Njemačkoj još uvijek u izgradnji, u pogonu ili u stanju pripravnosti, solarne elektrane u ovoj zemlji zapravo samo pomažu u štednji ruskog plina.
Cijena ruskog plina danas je 450 dolara za tisuću kubnih metara. Iz ove količine plina (učinkovitost proizvodnje 40%) može se proizvesti približno 4,32 GW električne energije. Posljedično, za 1 kWh električne energije proizvedene od sunca, ruski plin se štedi u iznosu od 0,104 dolara ili 7,87 euro centi. Ovdje je fer vrijednost solarne neregulirane proizvodnje. Tako trenutno u Njemačkoj solarnu energiju država subvencionira 50%. Iako, treba napomenuti da Njemačka ubrzano smanjuje troškove proizvodnje električne energije iz sunca.

Izvođenje zaključaka
Najekonomičnija solarna električna energija (0,5 dolara po 1 vatu) danas se proizvodi uz pomoć solarnih polikristalnih baterija. Svi ostali načini proizvodnje električne energije korištenjem sunčeve energije puno su skuplji.
Problem koji je ključan za solarnu energiju nije učinkovitost solarnih panela, ne cijena, a ni EROEI, koji je teoretski beskonačan. Glavni problem je smanjiti troškove načina generiranja sunčeve energije primljene tijekom dana i uštedjeti tu energiju za večernju vršnu potrošnju. Doista, trenutno su sustavi baterija, čiji je vijek trajanja od tri do šest godina, nekoliko puta skuplji od samih solarnih panela.
Solarna proizvodnja u značajnijim razmjerima danas se smatra samo načinom da se uštedi mali dio tradicionalnih fosilnih goriva tijekom dana. Sunčeva energija još nije u mogućnosti u potpunosti preuzeti opterećenje u večernjim vršnim satima potrošnje energije i smanjiti broj nuklearnih elektrana, ugljena, plina i hidroelektrana, koje bi trebale stajati u rezervi tijekom dana, a preuzimati značajno energetsko opterećenje u večernjim satima.
Ako se, kao rezultat pooštravanja tarifa (koje bi, primjerice, proizvođačima vodika i aluminija bilo isplativo pokrenuti svoju proizvodnju elektrolizom tijekom dana), vrhunac potrošnje električne energije pomakne na dnevne sate, tada će solarna energija imati više ozbiljne izglede za razvoj.
Troškovi solarne proizvodnje, koja je "neregulirana", neusporedivi su s troškovima proizvodnje električne energije u konvencionalnim elektranama, koje su slobodne proizvesti je u bilo kojem trenutku kada je potrebna.
Trošak solarne električne energije ne bi trebao premašiti trošak fosilnih goriva ušteđenih uz njegovu pomoć. Ako, primjerice, plin u Njemačkoj košta 450 dolara, onda cijena solarne proizvodnje u ovoj zemlji ne bi smjela prelaziti 0,1 dolar po kilovat satu, inače je solarna energija u ovoj zemlji neisplativa. Sve dok su fosilna goriva jeftina i lako dostupna, proizvodnja solarne energije nije ekonomski isplativa.
Trenutačno je korištenje solarne energije i skupih sustava solarnih baterija ekonomski opravdano samo za one regije i objekte u kojima nema drugih mogućnosti spajanja na elektroenergetsku mrežu. Na primjer, na usamljenoj udaljenoj mobilnoj stanici.
Međutim, ne zaboravite sljedeće važne čimbenike koji ulijevaju optimizam kada razmišljate o solarnoj energiji:
1. Cijena fosilnih goriva stalno raste kako se njihova ponuda smanjuje.
2. Razumna državna politika čini korištenje solarnih elektrana isplativijim.
3. Napredak ne stoji! Učinkovitost solarnih elektrana raste, razvijaju se nove tehnologije u proizvodnji i akumulaciji električne energije.

Stoga bih želio vjerovati da će se za 3-5 godina moći napisati puno pozitivniji osvrt na ovu energetiku!