Solární generace

Solární výroba  je jedním ze směrů alternativní energie , založené na příjmu elektrické energie z energie slunce . Solární výroba se provádí přeměnou slunečního světla na elektřinu , a to jak přímo pomocí fotovoltaických zařízení ( fotovoltaika ), tak nepřímo pomocí koncentrované sluneční energie ( solární tepelná energie ). Systémy pro koncentraci sluneční energie využívají čočky nebo zrcadla , stejně jako sledovací systémy, které umožňují zařízení maximalizovat plochu slunečního bodu. Fotokonvertory přeměňují sluneční světlo na elektrický proud fotoelektrickým jevem [1] .

Solární výroba je považována za způsob výroby elektřiny, jehož výhodou je absence škodlivých emisí při provozu [2] .

V roce 2020 byl celkový instalovaný výkon všech fungujících solárních panelů na Zemi 760 GW . [3] V roce 2019 byl celkový instalovaný výkon všech fungujících solárních panelů na Zemi 635 GW . [4] V roce 2019 solární panely v provozu na Zemi vyrobily 2,7 ​​% světové elektřiny. [5]

Směry vědeckého výzkumu

Základní výzkum

Aplikovaný výzkum

Otázky životního prostředí

Při výrobě fotobuněk nepřekračuje úroveň znečištění přípustnou úroveň pro podniky mikroelektronického průmyslu. Moderní solární články mají životnost 30-50 let. Využití kadmia vázaného ve sloučeninách při výrobě některých typů fotovoltaických článků za účelem zvýšení účinnosti přeměny vyvolává obtížnou otázku jejich likvidace , která rovněž zatím nemá ekologicky přijatelné řešení, ačkoliv takové prvky jsou málo použitelné, a sloučeniny kadmia v moderní výrobě již nacházejí vhodnou náhradu.

V poslední době se aktivně rozvíjí výroba tenkovrstvých fotočlánků, které obsahují pouze asi 1 % křemíku , vztaženo na hmotnost substrátu, na který jsou tenké vrstvy nanášeny. Vzhledem k nízké spotřebě materiálů pro absorbující vrstvu, zde křemíkové, jsou tenkovrstvé křemíkové fotočlánky výrobně levnější, ale zatím mají nižší účinnost a neopravitelnou degradaci vlastností v čase. Kromě toho se rozvíjí výroba tenkovrstvých fotovoltaických článků na bázi jiných polovodičových materiálů, zejména Smig , důstojného konkurenta křemíku. Například v roce 2005 se Shell rozhodl zaměřit na výrobu tenkovrstvých článků a prodal svůj byznys s monokrystalickými (netenkovrstvými) křemíkovými fotovoltaickými články.

Solární koncentrátory způsobují velké plochy zastínění půdy, což vede k silným změnám půdních podmínek, vegetace apod. Nežádoucí vliv prostředí v prostoru stanice způsobuje ohřívání vzduchu při průchodu slunečního záření, koncentrovaného zrcadlové reflektory. To vede ke změně tepelné bilance, vlhkosti, směru větru; v některých případech se systémy využívající rozbočovače mohou přehřát a vznítit se všemi z toho vyplývajícími důsledky. Používání nízkovroucích kapalin a jejich nevyhnutelný únik v solárních energetických systémech při dlouhodobém provozu může vést k výrazné kontaminaci pitné vody. Zvláště nebezpečné jsou kapaliny obsahující chromany a dusitany, což jsou vysoce toxické látky.

Způsoby

Způsoby výroby elektřiny ze slunečního záření:

Vývoj

Roční výroba elektřiny ve světě v SPP
Rok Energie TWh Roční růst Podíl všech
2004 2.6 0,01 %
2005 3.7 42 % 0,02 %
2006 5,0 35 % 0,03 %
2007 6.8 36 % 0,03 %
2008 11.4 68 % 0,06 %
2009 19.3 69 % 0,10 %
2010 31.4 63 % 0,15 %
2011 60,6 93 % 0,27 %
2012 96,7 60 % 0,43 %
2013 134,5 39 % 0,58 %
2014 185,9 38 % 0,79 %
2015 253,0 36 % 1,05 %
2016 301,0 33 % 1,3 %
Zdroj - BP Statistical Review of World Energy, 2015-2017 [8] [9]

V roce 1985 byla celková instalovaná kapacita světa 0,021 GW.

V roce 2005 byla výroba fotovoltaických článků ve světě 1 656 GW.

Na začátku roku 2010 činila celková globální kapacita fotovoltaické solární energie pouze asi 0,1 % celosvětové výroby elektřiny [10] .

V roce 2012 vzrostla celková kapacita světových solárních elektráren o 31 GW a přesáhla 100 GW.

Největší výrobci solárních článků v roce 2012 [11] :

  1. Yingli  - 2300 MW
  2. První solární  – 1800 MW
  3. Trina Solar  - 1600 MW
  4. Kanadská solární  energie - 1550 MW
  5. Suntech  - 1500 MW
  6. Ostrý  - 1050 MW
  7. Jinko Solar  - 900 MW
  8. SunPower  - 850 MW
  9. REC Group  - 750 MW
  10. Hanwha SolarOne  - 750 MW

V roce 2013 bylo celosvětově instalováno 39 GW fotovoltaické kapacity. V důsledku toho byla celková kapacita fotovoltaických zařízení na začátku roku 2014 odhadnuta na 139 GW [12] .

Lídrem z hlediska instalovaného výkonu je Evropská unie [13] , mezi jednotlivými zeměmi - Čína: od ledna do září 2017 bylo v zemi uvedeno do provozu 42 GW nových fotovoltaických elektráren [14] . Z hlediska celkové kapacity na obyvatele je lídrem Německo.

Šíření solární energie

V roce 2010 pocházelo 2,7 % elektřiny ve Španělsku ze solární energie [15] .

V roce 2011 pocházela asi 3 % elektřiny v Itálii z fotovoltaických zařízení [16] .

V prosinci 2011 byla na Ukrajině dokončena výstavba posledního, pátého, 20megawattového solárního parku v Perovu , v důsledku čehož se jeho celkový instalovaný výkon zvýšil na 100 MW [17] . Solární park Perovo, skládající se z pěti fází, se stal největším parkem na světě z hlediska instalovaného výkonu. Následuje kanadská elektrárna Sarnia (97 MW), italská Montalto di Castro (84,2 MW) a německá Finsterwalde (80,7 MW). Zavírá pět největších světových fotovoltaických parků – 80megawattovou elektrárnu „ Ochotnikovo “ v oblasti Saki na Krymu [18] .

V roce 2018 Saúdská Arábie oznámila svůj záměr postavit největší solární elektrárnu na světě o výkonu 200 GW [19] .

V roce 2018 byla kapacita všech fotovoltaických solárních elektráren v EU 115 GW, vyrobily 5 % veškeré elektřiny. V roce 2019 se jejich kapacita zvýšila o dalších 17 GW. Ceny solárních panelů od roku 2010 do roku 2020 klesaly. více než čtyřikrát. [dvacet]

Práce

V polovině roku 2011 zaměstnával fotovoltaický průmysl v Německu více než 100 000 lidí. V solární energetice pracovalo v USA 93,5 tisíce lidí [21] .

Perspektivy solární energie

Ve světě je roční nárůst energie za posledních pět let v průměru asi 50 % [22] . Energie získaná ze slunečního záření bude hypoteticky schopna do roku 2050 pokrýt 20–25 % potřeby elektřiny lidstva a snížit emise oxidu uhličitého. Podle odborníků z Mezinárodní energetické agentury ( IEA ) solární energie za 40 let s odpovídající úrovní šíření pokročilých technologií vygeneruje asi 9 tisíc terawatthodin – neboli 20–25 % veškeré potřebné elektřiny. snížit emise oxidu uhličitého o 6 miliard tun ročně [10] .

Procento uspokojování potřeb lidstva do roku 2050 elektřinou získanou ze solárních elektráren je otázkou nákladů na 1 kWh při instalaci solární elektrárny na klíč a rozvoje globálního energetického systému, jakož i srovnatelné atraktivity ostatních způsoby výroby elektřiny. Hypoteticky to může být od 1 % do 80 %. Jedno z čísel v tomto rozmezí bude přesně odpovídat pravdě.

Energetická návratnost solární elektrárny je mnohem méně než 30 let. Pro USA s průměrným výkonem slunečního záření 1700 kWh na m² za rok je energetická návratnost modulu z polykrystalického křemíku s účinností 12 % méně než 4 roky (údaje za leden 2011) [23] .

Vyhlídky na využití slunce k výrobě elektřiny se zhoršují kvůli vysokým nákladům. Například kogenerační jednotka Aiwonpa stojí čtyřikrát více a vyrábí mnohem méně elektřiny než plynové elektrárny. Podle odborníků bude v budoucnu elektřina vyrobená touto stanicí stát dvakrát tolik, než ta získaná z konvenčních zdrojů energie, a náklady se samozřejmě přenesou na spotřebitele [24] .

V Rusku zůstávají vyhlídky na rozvoj solární energie nejisté, země mnohonásobně zaostává za generační úrovní evropských zemí. Podíl solární výroby je méně než 0,001 % na celkové energetické bilanci. Do roku 2020 se plánuje zprovoznění cca 1,5–2 GW kapacit. Celková kapacita solární výroby se může zvýšit tisíckrát, ale v energetické bilanci to bude méně než 1 %. Ředitel Asociace solární energie Ruska Anton Usachev označuje Altajskou republiku , Belgorodský kraj a Krasnodarské území za nejrozvinutější regiony z hlediska solární energie. Do budoucna se počítá s umístěním instalací v oblastech izolovaných od energetických sítí [22] .

Typy fotovoltaických článků

Solid state

V současnosti je zvykem rozlišovat tři generace solárních článků [25] :

V roce 2005 tvořily tenkovrstvé solární články 6 % trhu. V roce 2006 tvořily tenkovrstvé solární články 7 % podílu na trhu. V roce 2007 vzrostl podíl tenkovrstvých technologií na 8 %. V roce 2009 vzrostl podíl tenkovrstvých solárních článků na 16,8 % [26] .

V období od roku 1999 do roku 2006 rostla nabídka tenkovrstvých solárních článků ročně v průměru o 80 %.

Nanoantény

V poslední době došlo k pokroku ve vytváření solárních článků na bázi nanoantén , které přímo přeměňují elektromagnetickou energii světelného záření na elektrický proud. Příslib nanoantén je způsoben jejich vysokou teoretickou účinností (až 85 %) a potenciálně nižšími náklady [27] .

Solární doprava

Fotovoltaické články lze instalovat na různá vozidla: lodě, elektrická a hybridní vozidla , letadla, vzducholodě atd.

Fotovoltaické články vyrábějí elektřinu, která se používá pro palubní napájení vozidla, případně pro elektromotor elektromobilů .

V Itálii a Japonsku jsou fotovoltaické články instalovány na střechách železničních vlaků. Vyrábí elektřinu pro klimatizace, osvětlení a nouzové systémy.

Solatec LLC prodává tenkovrstvé fotovoltaické články pro střechu hybridního vozu Toyota Prius . Tenkovrstvé fotobuňky mají tloušťku 0,6 mm, což neovlivňuje aerodynamiku vozu. Fotočlánky jsou určeny k nabíjení baterií, což umožňuje zvýšit dojezd vozu o 10 %.

V roce 1981 letec Paul Beattie MacCready letěl se Solar Challengerem poháněným pouze sluneční energií a urazil vzdálenost 258 kilometrů rychlostí 48 km/h [28] . V roce 2010 se solární pilotované letadlo Solar Impulse udrželo ve vzduchu 24 hodin. Armáda se velmi zajímá o solární bezpilotní letouny ( UAV ), které mohou zůstat ve vzduchu po extrémně dlouhá období měsíců a let. Takové systémy by mohly nahradit nebo doplnit satelity.

Viz také

Poznámky

  1. Zdroje energie:  Solární . Ministerstvo energetiky . energy.gov. Získáno 2. dubna 2015. Archivováno z originálu 3. srpna 2011.
  2. Fomicheva, Anastasia. "Solární generace poroste" - Sari Baldauf, předseda představenstva energetického holdingu Fortum . Vědomosti (3. prosince 2013). Získáno 3. dubna 2015. Archivováno z originálu 7. dubna 2015.
  3. Zdroj . Získáno 12. srpna 2021. Archivováno z originálu dne 15. června 2021.
  4. ZPRÁVA O FOTOVOLTAICE 4. Fraunhoferův institut pro solární energetické systémy (16. září 2020). Získáno 15. července 2021. Archivováno z originálu dne 9. srpna 2014.
  5. BP Global: Solární energie . Staženo 5. 4. 2018. Archivováno z originálu 6. 12. 2018.
  6. Fotovoltaický geografický informační systém (PVGIS)
  7. Philip Wolfe. Solární fotovoltaické projekty na hlavním trhu s energií // Oxford: Routledge. - 2012. - S. 240 . — ISSN 978-0-415-52048-5 .
  8. BP Statistical Review of World Energy červen 2015, sekce obnovitelné zdroje , BP  (červen 2015). Archivováno z originálu 7. července 2015. Staženo 7. února 2017.
  9. Statistický přehled Světové energetické organizace 2017 , BP  (červen 2017). Archivováno z originálu 6. prosince 2018. Staženo 5. dubna 2018.
  10. 1 2 BFM.RU Solární technologie zajistí čtvrtinu elektřiny.
  11. Graf dne: Deset největších světových dodavatelů solárních FV systémů. 15. dubna 2013 // RE neweconomy
  12. Zdroj . Získáno 7. února 2017. Archivováno z originálu 12. listopadu 2020.
  13. Gero Ryuter, Andrey Gurkov. Světová solární energie: rok předělu . Deutsche Welle (29. května 2013). Získáno 15. června 2013. Archivováno z originálu 19. června 2013.
  14. Vladimír Sidorovič . V Číně bude letos uvedeno do provozu více než 50 GW solárních elektráren , RenEn  (17. října 2017). Archivováno z originálu 20. září 2020. Staženo 4. května 2020.
  15. Paul Gipe Španělsko vyrábělo 3 % své elektřiny ze solární energie v roce 2010 28. ledna 2011 . Datum přístupu: 7. února 2017. Archivováno z originálu 29. prosince 2014.
  16. Paul Gipe Italy překonalo 7 000 MW celkové instalované solární fotovoltaiky 22. července 2011 . Získáno 7. února 2017. Archivováno z originálu 15. července 2014.
  17. Activ Solar postavila na Krymu největší solární elektrárnu na světě (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 7. února 2017. Archivováno z originálu 19. června 2013. 
  18. Activ Solar zvýšila kapacitu SPP "Ochotnikovo" a "Perovo" - UA Energy . www.uaenergy.com.ua Získáno 11. října 2017. Archivováno z originálu 11. října 2017.
  19. Deutsche Welle 30.03.2018 Saúdská Arábie nahradí ropu solárními panely Archivováno 3. dubna 2018 na Wayback Machine
  20. Gero Ruther, Vera Sosenková Pomůže solární boom EU omezit změnu klimatu? Archivováno 16. února 2020 na Wayback Machine // Deutsche Welle , 02/11/2020
  21. Stephen Lacey Green Jobs are Real: Německý i americký solární průmysl oba zaměstnávají více lidí než produkce US Steel 17. června 2011 . Datum přístupu: 7. února 2017. Archivováno z originálu 17. června 2013.
  22. 1 2 Dmitrij Nikitin. Těžká cesta ke slunci: zahřeje sluneční energie Rusko . RBC (17. června 2013). Získáno 15. června 2013. Archivováno z originálu 20. června 2013.
  23. Energetická návratnost fotovoltaiky (angl.) . Získáno 7. února 2017. Archivováno z originálu 14. května 2011.
  24. Cassandra Sweet (přeložil Alexej Nevelskij). Obří solární elektrárna v Kalifornii zabíjí ptáky. . Solární termální elektrárna za 2,2 miliardy dolarů by mohla být posledním takovým projektem: ohřívá vzduch na 540 stupňů Celsia, regulační orgány a biologové se domnívají, že to je příčinou smrti desítek ptáků . Vedomosti , přeloženo z The Wall Street Journal (13. února 2014) . Získáno 6. června 2016. Archivováno z originálu dne 4. září 2016.
  25. IAA Cleandex – Rusko a Ukrajina. Fotovoltaický trh Review 2011 . Získáno 12. ledna 2017. Archivováno z originálu 23. září 2015.
  26. Top 10: Deset největších solárních fotovoltaických společností 29. června 2010 . Získáno 12. ledna 2017. Archivováno z originálu 21. prosince 2014.
  27. Krasnok A E, Maksimov I S, Denisyuk A I, Belov P A, Miroshnichenko A E, Simovsky K R, Kivshar Yu S. Optické nanoantény  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ruská akademie věd , 2013. - T. 183 , č. 6 . - S. 561-589 . - doi : 10.3367/UFNr.0183.201306a.0561 . Archivováno z originálu 13. srpna 2020.
  28. Britannica Book of the Year 2008 Archived 13. ledna 2017 na Wayback Machine : "MacCready, Paul Beattie", strana 140

Literatura

Odkazy