4 Инновационные разработки в области солнечной энергетики и применение солнечных панелей
Областей применения солнечных батарей становится все больше с каждым днем. Эти устройства с успехом проявляют себя в сфере промышленности, сельского хозяйства, военно-космических отраслях и даже в быту. Чтобы понять, насколько обширно использование солнечных батарей, давайте совершим небольшое виртуальное турне по нашему необъятному миру.
В 1957 году в СССР был запущен первый искусственный спутник с применением фотогальванических элементов, а в 1958 г. США произвели запуск искусственного спутника Explorer 1 с солнечными панелями. С 1958 года кремниевые солнечные батареи стали основным источником энергии для космических кораблей и орбитальных станций.
Рисунок 7 - спутник Explorer 1 с солнечными панелями.
И по сей день космос — одна из главных сфер, где применяются солнечные батареи (ныне, конечно, более совершенных конструкций, чем в прошлом веке).. На сегодняшний день основная масса выпускаемых солнечных батарей имеет КПД чуть более 20 процентов.. Исследования Spectrolab показывают, что солнечная ячейка в теории способна преобразовать в ток до 70% падающего солнечного света, а на практике технически достижимым следует признать показатель в 50%. Это число и будет ориентиром для отрасли на ближайшее время. К сожалению, линии электропередач, опутавшие большую часть нашей планеты, всё ещё не могут добраться в самые труднодоступные уголки, которые подключать к ресурсам электростанций оказывается дороже, чем установить солнечную батарею, преобразующую в электроэнергию обычный дневной свет.
Рисунок 8 - Солнечные батареи обеспечивают электроэнергией прибайкальскую метеостанцию на склонах Хамар-Дабан
Как Вы думаете решают вопрос отсутствия электроэнергии в некоторых отрезанных от цивилизации домах? Устанавливать электростанцию на жидком или твердом топливе оказывается дороже и ущербнее для окружающей экологии, чем использовать солнечные батареи. Чаще всего ими укрывают крыши домов, так что в солнечный день они вырабатывают электричество, которого достаточно и для освещения и работы бытовых устройств. А специальный проект в Испании оказался ещё успешнее. Из экономических соображений ряд современных домов был оборудован солнечными батареями, энергия которых используется для нагрева воды. Оказавшись отключенными от электричества, дефицит горячей воды и проблема с отоплением им не грозит.
Рисунок 9 -Дом с солнечными батареями на крыше не подвержен перепадам в электросети
Что интересно, такими панелями можно оборудовать практически любой дом, например, дачу или домик в деревне, к которой не подведен "свет". Дабы удостовериться в этом, специалисты сайта www.sun-battery.biz провели эксперимент, в котором водрузили солнечную батарею "AP-640" (кстати, купить её может каждый желающий) на крышу одного из домов. Результат — автономное освещение внутри и работа нескольких электрозависимых устройств (телевизор, холодильник и т.п.).
Рисунок 10 - Солнечные батареи AP-640 решают проблему электроснабжения домов
Аргументов в пользу солнечных электростанций не счесть, но основным из них является экологичность. Примером, где отсутствие вредных выбросов солнечными батареями в окружающую среду сделало их альтернативой традиционными источникам электроэнергии, стала солнечная электростанция, расположенная недалеко от испанского местечка Севильи. Солнечные батареи водрузили на башню, на которую направили зеркала, отражающие и фокусирующие свет. Довольными остались около 10 тысяч близлежащих домохозяйств, которые снабжаются электроэнергией, преобразованной из света от солнца.
Рисунок 11 -Самая крупная солнечная электростанция в Испании имеет мощность в 20 мегаватт
Солнечные батареи оказались практически единственным источником электроэнергии за пределами Земли. Ими оснащаются все космические аппараты. Когда Солнце освещает их, они вырабатывают электроэнергию, которая аккумулируется бортовыми батареями и используется для питания оборудования в тех местах, где свет недосягаем. В отличие от атомных электрогенераторов они не выделяют вредных веществ.2
Рисунок 12 -Солнечные батареи обеспечивают электроэнергией МКС
Солнечные батареи нашли применение и в наземном транспорте. Не так давно компания Toyota стартовала продажи своей модели Prius, оборудованной гибридным двигателем. На крыше автомобиля нового поколения располагаются солнечные батареи, от которых тот при внезапно закончившемся топливе сможет проехать ещё километров 5.
Рисунок 13 -Автомобиль на солнечных батареях экологически безопасен и беспрецедентно экономичен
Солнечные батареи для бытовых нужд
Встретить солнечные батареи в рознице по разумной цене становится всё проще. На глаза они попадаются, как в виде отдельных, работающих в качестве резервного источника питания устройств, так и встраиваются в различные приборы. Например, многие помнят, как в нашу жизнь вторглись калькуляторы, практически сразу получившие небольшие панели, позволяющие им работать без батареек, лишь попав на свет.
Рисунок 14 -Калькулятор на солнечных батареях может работать всегда и везде, где есть свет
Разработчики устройств, которые могут работать от альтернативных источников электроэнергии пошли ещё дальше. На свет появились аккумуляторные фонарики, которые днем можно зарядить, просто положив встроенной солнечной батареей на свет, а в темное время суток пользоваться как обычно. Получается, по сути, универсальный спутник для путешествий, способный придти на помощь там, куда не добрался электрический ток. Не менее интересным оказался проект корейской компании Samsung, представившей на свет свой недорогой мобильник E1107 Crest Solar, задняя стенка которого получила небольшую солнечную панель, которой достаточно, чтобы пополнять заряд аккумулятора без подключения к сети. При положительном балансе на счету и в зоне действия операторов без связи с этим телефоном остаться просто невозможно.
Рисунок 15 -Мобильный телефон Samsung E1107 Crest Solar оснащен солнечными батареями
Впрочем, если ваш мобильный телефон, смартфон, ноутбук или другое устройство не получило от производителя альтернативного зарядника на солнечных батареях, Вы всегда можете восполнить этот недостаток. Как раз для таких случаев продаются внешние солнечные панели, многие из которых могут накапливать электроэнергию во встроенных или входящих в комплект поставки аккумуляторах, а затем отдавать её подключаемым девайсам.
Рисунок 16 -Внешняя солнечная батарея для питания мобильных телефонов и других компактных устройств
Такими переносными солнечными электростанциями очень часто оснащаются походные сумки и рюкзаки, а стоят они ненамного дороже обычных моделей, без которых не обходится ни один туристический поход.
Самолет на солнечных батареях Solar Impulse, созданный швейцарцами, совершил свой первый полет. В воздухе одноместный летательный аппарат под управлением пилота Маркуса Шерделема провел немногим более часа.
Все это время за ним наблюдали сотни зрителей. Конструктор самолета Бертран Пикар находился на борту вертолета, летевшего рядом.
В начале декабря Solar Impulse пролетел около 400 метров на высоте один метр. Первый «полноценный» полет несколько раз откладывался из-за неблагоприятных погодных условий. 7 апреля в 10.32 по местному времени самолет взлетел с военного аэродрома в районе города Пайерн в кантоне Во.
Рисунок 17 - Solar Impulse в полете
Размах крыльев Solar Impulse составляет 63,4 метра, его вес – 1,6 тонны. Около 12 тысяч фотогальванических элементов снабжают солнечной энергией четыре электромотора самолета мощностью 10 лошадиных сил.
С точки зрения обыденного сознания проект может выглядеть непрактично или даже нелепо, однако, бесполезно пытаться решать глобальные проблемы с точки зрения обыденности. Давайте подумаем, а еще лучше посчитаем. Если верить системе Wolfram Alpha, то в среднем в день человечество потребляет 15,45 трлн Киловаттт-часов электроэнергии. Мощность солнечного излучения, падающего на один квадратный метр поверхности Земли равна 1367 Вт/м^2. Делим одно число на другое, и на продолжительность суток.
Получаем площадь гипотетических солнечных батарей со 100% КПД, необходимых чтобы обеспечить все наши нынешние потребности в энергии. Эта площадь получается очень большой — почти пол миллиона квадратных километров. Невозможно представить. С чем бы сравнить? Сравним с площадью пустыни Сахара, и окажется, что эта супер батарея будет занимать всего … 0,5 процента её площади! Видя подобные цифры, понимаешь, насколько, на самом деле, мала человеческая цивилизация и её потребности, даже в масштабах родной планеты.
Заключение
Сокращение запасов природных энергоресурсов, неизбежное загрязнение окружающей среды поставили человечество перед необходимостью поиска и использования новых возобновляемых источников энергии. Источников энергии на Земле много, но их уже сейчас катастрофически не хватает. По прогнозам экспертов к 2020 году энергии потребуется почти в три раза больше, чем в настоящее время
Производство солнечных панелейрастет бешеными темпами, стараясь поспеть за стремительно растущим спросом. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления.
Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт - в США и Европу. Примечательно, что американцы, являясь крупнейшим потребителем, производят лишь 6% от всех солнечных панелей, предпочитая инвестировать в перспективные крупные заводы в Китае.Ненамного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань - 11% рынка. Все остальные страны производят значительно меньшее количество солнечных панелей.
«Солнечные» технологии находят ныне применение в различных сферах жизни и деятельности людей. Ежегодно в мире производится более 500 МВт фотоэлементов. И, несмотря на имеющиеся проблемы использования в промышленных масштабах, гелиосистемы уже сейчас прочно и надолго вошли в жизнь миллионов людей во всем мире. Мобильные фотоэлектрические станции незаменимы для туристов, поскольку дают возможность быть энергетически независимыми и наслаждаться комфортом везде, где есть солнечный свет. Развитие солнечных технологий и снижение цен на фотоэлементы приведут к расширению этого пока еще относительно нового сегмента рынка энергетики. В недалекой перспективе, фотоэлементы, встроенные в строительные материалы, будут использоваться для освещения и вентиляции зданий. Различные потребительские товары приобретут новые свойства при использовании в них фотоэлектрических компонентов. По прогнозам специалистов через 5-10 лет выработка электроэнергии солнечными батареями станет не только вполне конкурентоспособной, но и более дешевой, чем традиционные виды энергии.
Список литератур