Solenergi er en retning af alternativ energi baseret på direkte brug af solstråling til at producere energi i enhver form. Solenergi bruger en vedvarende energikilde [1] og er "miljøvenlig", det vil sige, at den ikke producerer skadeligt affald i den aktive brugsfase [2] . Produktion af energi ved hjælp af solenergianlæg er i god overensstemmelse med konceptet om distribueret energiproduktion . Termisk solenergi - opvarmning af en overflade, der absorberer solens stråler, og den efterfølgende fordeling og brug af varme (fokusering af solstråling på et kar med vand eller salt til efterfølgende brug af opvarmet vand til opvarmning, varmtvandsforsyning eller i dampkraftgeneratorer) . Som en særlig type solvarmeenergistationer er det sædvanligt at udskille solcelleanlæg af en koncentrerende type (CSP - Concentrated solar power). I disse installationer fokuseres energien fra solens stråler til en koncentreret lysstråle ved hjælp af et system af linser og spejle. Denne stråle bruges som en kilde til termisk energi til at opvarme arbejdsvæsken. I 2020 var den samlede installerede kapacitet af alle solpaneler i drift på Jorden 760 GW . [3] I 2019 var den samlede installerede kapacitet af alle solpaneler i drift på Jorden 635 GW . [4] I 2019 producerede solpaneler i drift på Jorden 2,7 % af verdens elektricitet. [5]
Fluxen af solstråling, der passerer gennem et område på 1 m², placeret vinkelret på strålingsfluxen i en afstand af en astronomisk enhed fra Solens centrum (ved indgangen til Jordens atmosfære ), er lig med 1367 W / m² ( solkonstant ). På grund af absorption, under passagen af Jordens atmosfæriske masse, er den maksimale flux af solstråling ved havoverfladen (ved ækvator) 1020 W / m². Den gennemsnitlige daglige værdi af solstrålingsfluxen gennem et enkelt vandret område er dog mindst π gange mindre (på grund af ændringen af dag og nat og ændringen i solens vinkel over horisonten). Om vinteren, på tempererede breddegrader, er denne værdi to gange mindre.
Mulig energiproduktion reduceres på grund af global dæmpning - et fald i strømmen af solstråling, der når jordens overflade.
| Årlig elproduktion i verden hos SPP | |||
|---|---|---|---|
| År | Energi GWh | Årlig vækst | Andel af alle |
| 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 % |
| Kilde — BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017 [7] [8] [9] | |||
I 1985 var verdens samlede installerede kapacitet 0,021 GW.
I 2005 var produktionen af solceller i verden 1.656 GW.
I begyndelsen af 2010 var den samlede globale kapacitet af fotovoltaisk solenergi kun omkring 0,1 % af den globale elproduktion [10] .
I 2012 steg den samlede kapacitet på verdens solenergianlæg med 31 GW, hvilket oversteg 100 GW.
De største producenter af solceller i 2012 [11] :
I 2013 blev der installeret 39 GW solcellekapacitet globalt. Som følge heraf blev den samlede kapacitet af solcelleanlæg i begyndelsen af 2014 anslået til 139 GW [12] .
Førende med hensyn til installeret kapacitet er Den Europæiske Union [13] , blandt de enkelte lande - Kina. Med hensyn til den samlede kapacitet pr. indbygger er Tyskland førende.
I 2010 kom 2,7 % af Spaniens elektricitet fra solenergi [14] .
I 2011 kom omkring 3 % af Italiens elektricitet fra solcelleanlæg [15] .
I december 2011 afsluttede Ukraine opførelsen af den sidste, femte, 20 megawatt solcellepark i Perovo , som et resultat af hvilken dens samlede installerede kapacitet steg til 100 MW [16] . Perovo solcellepark , der består af fem faser, er blevet den største park i verden med hensyn til installeret kapacitet. Det efterfølges af det canadiske kraftværk Sarnia (97 MW), det italienske Montalto di Castro (84,2 MW) og det tyske Finsterwalde (80,7 MW). Afrunding af verdens top fem største solcelleparker er det 80 megawatt Okhotnikovo kraftværk i Saki-regionen på Krim.
I 2018 annoncerede Saudi-Arabien sin hensigt om at bygge verdens største solenergianlæg med en kapacitet på 200 GW [17] .
I midten af 2011 beskæftigede solcelleindustrien i Tyskland mere end 100.000 mennesker. 93,5 tusinde mennesker arbejdede med solenergi i USA [18] .
I verden har den årlige stigning i energi de seneste fem år i gennemsnit ligget på omkring 50 % [19] . Den energi, der stammer fra solstråling, vil hypotetisk kunne levere 20-25 % af menneskehedens behov for elektricitet i 2050 og reducere udledningen af kuldioxid. Ifølge eksperter fra Det Internationale Energiagentur ( IEA ) vil solenergi om 40 år, med det passende niveau af formidling af avancerede teknologier, generere omkring 9 tusinde terawatt-timer - eller 20-25% af al nødvendig elektricitet, og dette vil reducere kuldioxidemissionerne med 6 milliarder tons årligt [10] .
Udsigterne for at bruge solen til at generere elektricitet forringes på grund af høje omkostninger. For eksempel koster Aiwonpa CHPP fire gange mere og genererer meget mindre elektricitet end gasfyrede kraftværker. Ifølge eksperter vil elektricitet produceret af denne station i fremtiden koste dobbelt så meget som det, der modtages fra konventionelle energikilder, og omkostningerne vil naturligvis blive væltet over på forbrugerne [20] .
Ifølge prognoser vil omkostningerne ved elproduktion fra solkraftværker i 2020 dog falde til omkostningerne ved produktion ved hjælp af fossile brændstoffer, og overgangen til brug af solenergianlæg vil blive økonomisk rentabel [21] .
På grund af deres lave effektivitet, som i bedste fald når op på 30 procent, bliver solpaneler meget varme. De resterende 70 procent af sollysenergien opvarmer solpaneler til en gennemsnitstemperatur på omkring 50-70 °C. [22] .
Typiske omkostningsfaktorer for solenergi til et solcellehus inkluderer omkostningerne ved modulerne, strukturerne til at huse dem, ledninger, invertere, omkostningerne til arbejdskraft, enhver jord, der måtte være påkrævet, nettilslutning, vedligeholdelse og omfanget af solisolering at solcelleanlægget vil placere.
Solcelleanlæg bruger ikke brændstof, og moduler har typisk en levetid på 25 til 40 år. Startkapitalen og de finansielle omkostninger er således fra 80 til 90 % af omkostningerne til solenergi [23] .
Prisen på solcellemoduler med høj effekt er faldet markant over tid. I USA var prisen pr. kW fra 1982 omkring 27.000 USD, og i 2006 faldt omkostningerne til cirka 4.000 USD pr. kW. Et solcelleanlæg i 1992 kostede cirka 16.000 USD/kW, men i 2008 faldt det til omkring 6.000 USD/kW [24] .
I USA i 2021 kostede solenergi til boliger mellem $2 og $4 pr. watt (men solcelletagsten var meget dyrere) [25] og forsyningssolinstallationer kostede omkring $1 pr. watt [26] .
Produktiviteten af solenergi i regionen afhænger af solstråling, som varierer i løbet af dagen og året og afhænger af breddegrad og klima. Effekten af et solcelleanlæg afhænger også af den omgivende temperatur, vindhastighed, solspektrum, lokale forureningsforhold og andre faktorer.
Vindkraft på land plejer at være den billigste kilde til elektricitet i det nordlige Eurasien , Canada , dele af USA og Patagonien i Argentina, mens andre dele af verden for det meste bruger solenergi (eller mindre almindeligt en kombination af vind, sol og andre former) energi) med lavt kulstofindhold [27] .
Steder med den højeste årlige solstråling er i de tørre troper og subtroper. Ørkener, der ligger på lave breddegrader, har normalt få skyer og kan modtage sollys i mere end ti timer om dagen [28] . [29]
Ved hjælp af sollys kan du oplyse lokalerne i dagtimerne. Til dette bruges lette brønde . Den enkleste version af en lysbrønd er et hul i loftet på en jurte . Lyslanterner bruges til at oplyse rum, der ikke har vinduer: underjordiske garager, metrostationer, industribygninger, lagerbygninger, fængsler osv. En lysbrønd med en diameter på 300 mm er i stand til at oplyse et område på 8 m². En brønd gør det muligt under europæiske forhold at forhindre den årlige udledning af op til 7,4 tons CO 2 til atmosfæren . Lysbrønde med fiberoptik blev udviklet i 2004 i USA . Parabolsamlere bruges i den øverste del af en sådan brønd . Brugen af solbrønde gør det muligt at reducere elforbruget og om vinteren at reducere manglen på sollys for mennesker i bygningen [30] .
Solenergi er meget brugt til både vandopvarmning og elproduktion. Solfangere er lavet af tilgængelige materialer: stål, kobber, aluminium osv., det vil sige uden brug af sparsomt og dyrt silicium. Dette giver dig mulighed for betydeligt at reducere omkostningerne til udstyr og den energi, der produceres på det. I øjeblikket er det solvarmevandsopvarmning, der er den mest effektive måde at omsætte solenergi på.
I 2001 var prisen på elektricitet produceret i solfangere $0,09-$0,12 pr. kWh. Det amerikanske energiministerium forudsiger, at prisen på elektricitet produceret af solenergikoncentratorer vil falde til $0,04-$0,05 i 2015-2020.
I 2007 begyndte opførelsen af hybridkraftværker i Algeriet . I dagtimerne produceres elektricitet af parabolske koncentratorer og om natten fra naturgas .
I begyndelsen af 2010 nåede den samlede globale kapacitet af solvarmeenergi (koncentrerede solcellestationer) en gigawatt [10] . Inden 2020 planlægger EU-landene at bygge 26,3 GW solvarmekapacitet [31] .
Solfangere kan bruges til madlavning. Temperaturen i solfangerens fokus når 150 °C . Sådanne køkkenapparater kan bruges i vid udstrækning i udviklingslande. Udgifterne til materialer, der er nødvendige til produktion af det enkleste "solkøkken" er $3-$7.
Traditionelle ildsteder har en termisk effektivitet på omkring 10%. I udviklingslande bruges brænde aktivt til madlavning. Brugen af brænde til madlavning fører til massiv skovrydning og skader på sundheden. For eksempel i Indien frigives mere end 68 millioner tons CO 2 årligt til atmosfæren fra biomasseforbrænding . I Uganda forbruger den gennemsnitlige husstand 440 kg træ om måneden. Husmødre, mens de laver mad, indånder en stor mængde røg, hvilket fører til en stigning i luftvejssygdomme. Ifølge Verdenssundhedsorganisationen døde 800.000 børn og 500.000 kvinder i 2006 af luftvejssygdomme i 19 lande syd for Sahara, Pakistan og Afghanistan .
Der findes forskellige internationale distributionsprogrammer for solcellekøkkener. For eksempel indgik Finland og Kina i 2008 en aftale om at levere 19.000 solcellekøkkener til 31 landsbyer i Kina. Dette vil reducere CO 2 -udledningen med 1,7 millioner tons i 2008-2012. I fremtiden vil Finland være i stand til at sælge kvoter for disse emissioner
Solenergi kan bruges i forskellige kemiske processer. For eksempel:
Brint kan bruges til at generere elektricitet eller som brændstof til transport.
Fotovoltaiske celler kan installeres på forskellige køretøjer: både, elektriske og hybride køretøjer , fly, luftskibe osv.
Fotovoltaiske celler genererer elektricitet, som bruges til indbygget strømforsyning af køretøjet eller til elmotoren i elektriske køretøjer.
I Italien og Japan er der installeret solcelleceller på tagene af jernbanetog. De producerer elektricitet til klimaanlæg, belysning og nødsystemer.
Solatec LLC sælger tyndfilm fotovoltaiske celler til taget på Toyota Prius hybridbilen . Tyndfilmsfotoceller er 0,6 mm tykke, hvilket ikke påvirker bilens aerodynamik. Fotoceller er designet til at oplade batterier, hvilket giver dig mulighed for at øge bilens kilometertal med 10%.
I 1981 fløj piloten Paul Beattie MacCready en Solar Challenger kun drevet af solenergi og tilbagelagde en afstand på 258 kilometer med en hastighed på 48 km/t [32] . I 2010 holdt Solar Impulse solcellebemandede fly i luften i 24 timer. Militæret er meget interesseret i solcelledrevne ubemandede luftfartøjer ( UAV'er ), der kan forblive i luften i ekstremt lange perioder på måneder og år. Sådanne systemer kunne erstatte eller supplere satellitter.
| Energi | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| struktur efter produkter og brancher | |||||||||||||||||||||||||||
| Elindustri : elektricitet |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Varmeforsyning : varmeenergi |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Brændstofindustri : brændstof _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Lovende energi : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portal: Energi | |||||||||||||||||||||||||||
| Industrier | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||
