Енергія Сонця. Розвиток галузі фотоелектрики.

На лекції з астрономії викладач говорить про те, що Сонце за розрахунками буде існувати ще 100 мільярдів років. Один зі студентів, прокинувшись, перепитує: «Коли Сонце згасне?». Викладач повторює: «Через 5 млрд. Років». Студент полегшено: «Слава Богу … я то подумав через 5 мільйонів років». Жарти жартами, але Сонце це основне джерело життя на Землі. Енергія Сонця практично невичерпна. Вона настільки колосальна, що тільки за один рік на поверхню нашої планети надходить сонячної енергії більше, ніж могли б дати всі наявні запаси корисних копалин разом узятих, включаючи ядерне паливо. Тим часом, традиційні джерела енергії як нафта, газ, вугілля та інше витрачаються зі швидкістю, яка у багато тисяч разів перевищує швидкість їх утворення. Наприклад, кількість нафти, яка споживається нами за 1 рік утворюється за 2 мільярди років. Приблизно те ж саме відноситься і до інших корисних копалин. Таким чином їх можна вважати невідновлюваними джерелами енергії. А ось енергія Сонця, вітру, прибою і інших природних явищ отримала назву відновлюваної енергії. ВДЕ-відновлювальні джерела енергії. Розвитку цих джерел у всьому світі приділяється велика увага. Відповідно до прийнятої в Німеччині урядової програми планується довести частку ВДЕ в загальному обсязі виробленої енергії до 20% до 2025 року. Академік Жорес Алфоров ще 20 років тому на засіданні Академії наук заявляв, що будь в розпорядженні фотоелектрики хоча б 15-20% того, що витрачалися на “мирний атом”, то вже зараз «Сонце» давало б відчутну частину енергії.


Основним матеріалом для сонячних елементів служить кремній. Так, це той самий пісок з пляжу, і якого навалом в пустелі. Матеріал цей надзвичайно поширений на Землі. Його частка в земній корі не менше 25%. Однак в природному вигляді він непридатний для виробництва фотоелементів, його потрібно спеціальним чином очистити. Наприклад, в 1000 гр піску міститься 500 грам кремнію, а по найбільш популярною понині технології електродугового вилучення і  очищення з цієї кількості виходить близько 60-90 грам кремнію «сонячного» якості. У 70-х роках минулого століття Siemens запропонував карботермічний цикл для очищення кремнію. Спосіб цей менш витратний і більш ефективний, але вихідний матеріал потрібен більш якісний, ніж пісок з дитячої пісочниці. З 1 кг “сонячного” кремнію можна виготовити стільки фотоелементів, що вони за свій термін служби вироблять стільки електроенергії, скільки виробляється з 100 тонн нафтопродуктів або з 1 кг збагаченого урану. Зараз ККД серійних сонячних батарей наближається до 25%. Ще 10 років тому ККД 12% для «наземки» вважалося хорошим, а до цього, протягом майже 20 років, ККД «бовтався» в районі 10%, тобто в наявності зростання ефективності фотоперетворювачів.

Крім того монополія монокристалла зруйнована, і з’явилися нові «гравці» в фотоелектричному перетворенні. Це «ривок» полікристала, народження аморфного (тонкоплівочного) кремнію і його екзотичних побратимів на основі органіки і барвників. Останні звичайно, мають досить скромні показники по ККД, але в козирі у них екологічна безпека, гнучкість конструкції, простота монтажу, низька собівартість і утілізація.  Крім збільшення ефективності сонячних модулів, перед сонячними енергетиками стоїть проблема запасання виробленої електроенергії. Втім ця проблема знайома і звичайним енергетикам. Є пропозиції денні надлишки запасати в акумуляторах, в суперконденсаторах або в гігантських маховиках. Подібні «електрохранилища» будуть дуже дорогими.

Щоб споживати «сонячну» електрику не акумулюючи її, необхідно розосередити СЕС (сонячні електростанції) рівномірно по планеті в районах з хорошою інсоляцією. По-перше це позбавить від транспортування електроенергії на значні відстані, а по-друге це дозволить уникнути зміни клімату в місці установки однієї загальної для всієї планети СЕС. Справа в тому, що для генерування електроенергії в обсягах рівних сьогоднішнього споживання потрібно забудувати сонячними батареями площу близько 40 000 км2- такий собі квадрат зі сторонами 200х200 км. У масштабах планети це здавалося б незначна площа (всього лише 0,05% площі пустелі Сахара), але через те що частина сонячної енергії буде «приватизовуватися» сонячними модулями, з часом мікроклімат в цьому регіоні зміниться, небо частіше будуть затягувати хмари, потужні циклони будуть заливати територію дощами. В результаті в регіоні знизиться соляризація і отже генерація електрики сонячними батареями. Тому будівництво декількох десятків або сотень невеликих сонячних електростанцій буде оптимальним рішенням. Утворюючи глобальну мережу, вони прекрасно доповнюватимуть один одного в різний час доби. Періодично висловлюються думки побудови електростанції в космосі, де немає сезонності приходу сонячної енергії і не має впливу місцевих погодних умов, але поки що це лише на папері і в головах. Проблема в виведенні панелей на орбіту і подальшої передачі згенерованої енергії на Землю. Але краще вкладати кошти в рішення таких задач, ніж проводити олімпіаду в субтропіках за 50 млрд. Доларів або воювати в Іраку і Афганістані.


На території колишнього СРСР першою великою сонячною електростанцією стала Кримська. Її потужність була була 5МВт і побудована вона була в 1985 році, але пропрацювавши 10 років, вона була закрита. На Заході і Сході СЕС ростуть як гриби. Там установка сонячних батарей, з деякого правила хорошого тону, переросла в глобальну програму з держпідтримкою. Призвідником стала Німеччина з її «1000 сонячних дахів». До неї приєдналися всі члени ЄС, потім Японія, США і навіть Монголія. В результаті лідером традиційно стали США з їх «1.000.000 сонячних» дахів ». У всіх цих країнах було прийнято закон про «зелений тариф», тобто «Сонячна» електрика не споживається його господарем, а через окремий електролічильник продавалося в комунальну мережу. А далі як в казці: частина витрат на обладнання компенсувалася державою, «сонячний» енергетик отримував податкові пільги і на десерт, продана в мережу електрика купувалася електромережами за тарифом, який значно перевищує тариф споживання з мережі. Особливо досягла успіху в цьому Німеччина. Різниця у вартості споживаної і продаваної електроенергії досягала 3-4 рази. Навіть фермери стали заробляти на цьому, а на карті Німеччини з’явилися цілі селища з переважно «електричним» бюджетом. Але поступово це призвело до того, що значну частину європейського ринку за підтримки уряду Китаю захопили китайські виробники. Тобто своїми ж субсидіями Німеччина та інші країни виростили небезпечного конкурента в особі Китаю. На цей час частка Китаю в галузі досягла 60% і продовжує зростати.  В Україні теж діє “зелений тариф”, але з кожним роком він нижчий, а оплата за електроенергію зростає і по прогнозах за декілька років вже буде недоцільно фінансово використовувати “зелений тариф” для заробітку. Більше про Україну і розвиток цього напрямку тут.

«Допомога своїм» китайської держави для організації демпінгу оцінюється експертами в 140-150млрд. доларів. Більшість європейських виробників, або оголосили про банкрутство, або стали відчувати серйозні фінансові проблеми. Те, що це був організований демпінг, а точніше продаж сонячних модулів дешевше собівартості (часом на 40-50% нижче німецьких аналогів) за рахунок держпідтримки вже заявила спеціальна європейська комісія. З 6 березня 2013 року всі сонячні батареї з Піднебесної обкладаються серйозної митом. І не тільки батареї, а навіть всі матеріали для їх виробництва. Дійшло до того, що китайських студентів, що навчаються в Німеччині, перестали допускати на виробничу практику-настільки високий рівень промислового шпигунства. Американці схаменулися раніше і своєчасно ввели загороджувальне мито на китайські сонячні панелі. Незважаючи на всі ці цінові війни, загальне зростання галузі спостерігається.

 

© 2019 Smarty.