Солнечная энергетика
Солнечная энергетика является одним из крупнейших сегментов альтернативной энергетики и отрасли использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Сегодня принято различать три основных технологии солнечной энергетики: энергия солнца может использоваться для генерации электроэнергии (фотовольтаика, photovoltaics, PV), для получения концентрированной тепловой энергии с целью последующей электрогенерации (concentrated solar power, CSP) или для непосредственного нагрева теплоносителя, наиболее часто водного (solar thermal).
Применение солнечной энергии в фотовольтаике на сегодняшний день получило наибольшее распространение. В фотовольтаике энергия солнечного излучения преобразуется в электричество в солнечных батареях, основу которых составляют Солнечные элементы, или фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Принято различать несколько поколений ФЭП, среди которых основную долю рынка занимают ФЭП первого поколения на основе кристаллического кремния, получаемого из монокремния. Наиболее перспективными и наиболее дешевыми считаются ФЭП третьего поколения на основе органических материалов. Технический потенциал развития фотовольтаики связан с повышением КПД, т.е. c эффективностью преобразования в ФЭПе солнечного света в электроэнергию.
В концентрированных системах солнечной энергии (CSP) энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч солнца. Этот луч солнца используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости, которая расходуется для электрогенерации по аналогии с обычными ТЭЦ или накапливается для сохранения энергии. Альтернативная технология предусматривает получение в системах CSP только горячей воды.
Простейшим примером использования энергии солнца является нагрев воды для бытовых нужд в специальных солнечных коллекторах. Этот метод широко используется в южных странах, таких как Израиль, Турция, Греция, Китай, Хорватия, где энергия солнца очень выгодна.
Солнечная энергия и ее использование представляют собой актуальные области для научных исследований и технологических разработок. Как и любой ВИЭ, тепловая солнечная энергия имеет свои особенности. Главным показателем эффективности использования энергии солнечного света является показатель инсоляции региона реализации проекта. Инсоляция показывает интенсивность облучения поверхности солнечным светом и измеряется в кВт-ч/кв. м за определенный временной промежуток (день, месяц, год). Чем больше инсоляция региона, тем большая энергия солнца может быть переведена в электрическую или тепловую энергию. Тем не менее солнечная энергетика может развиваться в регионах с низкой инсоляцией от солнца, например, в Германии, которая является мировым лидером по объему установленных фотовольтаических станций, инсоляция почти в два раза ниже показателей североафриканских стран.
Солнечная энергия, как и другие альтернативные источники энергии, может применяться и использоваться в различных областях человеческой деятельности:
- солнечная энергетика в форме промышленных тепло- и электростанций;
- солнечная энергетика в форме станций для снабжения тепловой и электрической энергией коммерческих, промышленных, административных, социальных и прочих зданий и помещений;
- солнечная энергетика в форме установок для частных домохозяйств;
- использование гибких солнечных батарей в качестве строительных материлов (BIPV) и в текстильной промышленности (SFIT);
- солнечная энергия используется для резервных источников питания в товарах массового потребления, таких как калькуляторы, ноутбуки, аккумуляторы и проч.;
- использование солнечной энергии в качестве резервного источника питания автотранспортных средств;
- солнечная энергия применяется для освещения в темное время суток табло, дорожных знаков и проч.;
- использование энергии солнца для приготовления еды.