Solenergi är en riktning för alternativ energi baserad på direkt användning av solstrålning för att producera energi i någon form. Solenergi använder en förnybar energikälla [1] och är "miljövänlig", det vill säga producerar inte skadligt avfall under den aktiva användningsfasen [2] . Produktionen av energi med hjälp av solkraftverk stämmer väl överens med konceptet distribuerad energiproduktion . Solvärmeenergi - uppvärmning av en yta som absorberar solens strålar, och efterföljande distribution och användning av värme (fokusering av solstrålning på ett kärl med vatten eller salt för efterföljande användning av uppvärmt vatten för uppvärmning, varmvattenförsörjning eller i ångkraftgeneratorer) . Som en speciell typ av solvärmestationer är det vanligt att peka ut solsystem av en koncentrerad typ (CSP - Concentrated solar power). I dessa installationer fokuseras energin från solens strålar till en koncentrerad ljusstråle med hjälp av ett system av linser och speglar. Denna stråle används som en källa för termisk energi för att värma arbetsvätskan. År 2020 var den totala installerade kapaciteten för alla solpaneler i drift på jorden 760 GW . [3] År 2019 var den totala installerade kapaciteten för alla fungerande solpaneler på jorden 635 GW . [4] 2019 producerade solpaneler i drift på jorden 2,7 % av världens elektricitet. [5]
Flödet av solstrålning som passerar genom ett område på 1 m², beläget vinkelrätt mot strålningsflödet på ett avstånd av en astronomisk enhet från solens centrum (vid ingången till jordens atmosfär ), är lika med 1367 W / m² ( solkonstant ). På grund av absorption, under passagen av jordens atmosfäriska massa, är det maximala flödet av solstrålning vid havsnivån (vid ekvatorn) 1020 W / m². Det genomsnittliga dagliga värdet av solstrålningsflödet genom ett enda horisontellt område är dock minst π gånger mindre (på grund av förändringen av dag och natt och förändringen i solens vinkel ovanför horisonten). På vintern, på tempererade breddgrader, är detta värde två gånger mindre.
Möjlig energiproduktion minskar på grund av global dimning - en minskning av flödet av solstrålning som når jordens yta.
| Årlig elproduktion i världen på SPP | |||
|---|---|---|---|
| År | Energi GWh | Årlig tillväxt | Andel av alla |
| 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 % |
| Källa — BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017 [7] [8] [9] | |||
1985 var den totala installerade kapaciteten i världen 0,021 GW.
År 2005 var produktionen av solceller i världen 1 656 GW.
I början av 2010 var den totala globala kapaciteten för solenergi från solceller endast cirka 0,1 % av den globala elproduktionen [10] .
Under 2012 ökade den totala kapaciteten för världens solkraftverk med 31 GW och översteg 100 GW.
De största tillverkarna av solceller 2012 [11] :
2013 installerades 39 GW solcellskapacitet globalt. Som ett resultat av detta uppskattades den totala kapaciteten för solcellsanläggningar i början av 2014 till 139 GW [12] .
Ledande när det gäller installerad kapacitet är Europeiska unionen [13] , bland enskilda länder - Kina. Sett till total kapacitet per capita är Tyskland ledande.
2010 kom 2,7 % av Spaniens el från solenergi [14] .
2011 kom cirka 3 % av Italiens el från solcellsanläggningar [15] .
I december 2011 slutförde Ukraina byggandet av den sista, femte, 20 megawatts solenergiparken i Perovo , som ett resultat av vilket dess totala installerade kapacitet ökade till 100 MW [16] . Solparken Perovo , som består av fem faser, har blivit den största parken i världen när det gäller installerad kapacitet. Den följs av det kanadensiska kraftverket Sarnia (97 MW), italienska Montalto di Castro (84,2 MW) och tyska Finsterwalde (80,7 MW). Avrundar världens fem största solcellsparker är kraftverket Okhotnikovo på 80 megawatt i Saki-regionen på Krim.
2018 tillkännagav Saudiarabien sin avsikt att bygga världens största solkraftverk med en kapacitet på 200 GW [17] .
I mitten av 2011 sysselsatte solcellsindustrin i Tyskland mer än 100 000 personer. 93,5 tusen människor arbetade med solenergi i USA [18] .
I världen har den årliga ökningen av energi under de senaste fem åren i genomsnitt varit cirka 50 % [19] . Energin som härrör från solstrålning kommer hypotetiskt kunna tillhandahålla 20-25 % av mänsklighetens behov av el år 2050 och minska koldioxidutsläppen. Enligt experter från International Energy Agency ( IEA ) kommer solenergi om 40 år, med lämplig spridningsnivå av avancerad teknik, att generera cirka 9 tusen terawattimmar - eller 20-25% av all el som behövs, och detta kommer att minska koldioxidutsläppen med 6 miljarder ton årligen [10] .
Utsikterna att använda solen för att generera el försämras på grund av höga kostnader. Till exempel, Aiwonpa CHPP kostar fyra gånger mer och genererar mycket mindre el än gaseldade kraftverk. Enligt experter kommer el som genereras av denna station i framtiden att kosta dubbelt så mycket som den som tas emot från konventionella energikällor, och kostnaderna kommer givetvis att föras över på konsumenterna [20] .
Enligt prognoser kommer dock kostnaden för elproduktion från solkraftverk fram till 2020 att minska till kostnaden för produktion med fossila bränslen och övergången till användning av solkraftverk kommer att bli ekonomiskt lönsam [21] .
På grund av deras låga verkningsgrad, som i bästa fall når 30 procent, blir solpaneler väldigt varma. De återstående 70 procenten av solljusenergin värmer solpaneler till en medeltemperatur på cirka 50-70 °C. [22] .
Typiska kostnadsfaktorer för solenergi för ett solcellshus inkluderar kostnaden för modulerna, strukturerna för att inrymma dem, ledningar, växelriktare, kostnaden för arbete, all mark som kan behövas, nätanslutning, underhåll och omfattningen av solinstrålning som solcellsanläggningen kommer att placera.
Solceller använder inte bränsle, och moduler har vanligtvis en livslängd på 25 till 40 år. Således är startkapitalet och de finansiella kostnaderna från 80 till 90 % av kostnaden för solenergi [23] .
Kostnaden för solcellsmoduler med hög effekt har minskat avsevärt över tiden. I USA, från och med 1982, var kostnaden per kW cirka 27 000 USD, och 2006 sjönk kostnaden till cirka 4 000 USD per kW. Ett solcellssystem 1992 kostade cirka 16 000 USD/kW, men 2008 sjönk det till cirka 6 000 USD/kW [24] .
I USA 2021 kostade solenergi för bostäder mellan $2 och $4 per watt (men soltakpannor var mycket dyrare) [25] och allmännyttiga solenergiinstallationer kostade omkring $1 per watt [26] .
Produktiviteten av solenergi i regionen beror på solstrålningen, som varierar under dagen och året och beror på latitud och klimat. Effekten av ett solcellssystem beror också på omgivningstemperatur, vindhastighet, solspektrum, lokala föroreningsförhållanden och andra faktorer.
Vindkraft på land tenderar att vara den billigaste elkällan i norra Eurasien , Kanada , delar av USA och Patagonien i Argentina, medan andra delar av världen mest använder solkraft (eller mindre vanligt en kombination av vind, sol och andra former med lågt kolinnehåll [27] .
Platser med den högsta årliga solstrålningen är i de torra troperna och subtroperna. Öknar som ligger på låga breddgrader har vanligtvis få moln och kan ta emot solljus mer än tio timmar om dagen [28] . [29]
Med hjälp av solljus kan du lysa upp lokalerna under dagtid. För detta används lätta brunnar . Den enklaste versionen av en lätt brunn är ett hål i taket på en jurta . Ljuslyktor används för att belysa rum som inte har fönster: underjordiska garage, tunnelbanestationer, industribyggnader, lager, fängelser etc. En ljusbrunn med en diameter på 300 mm kan belysa en yta på 8 m². En brunn gör det möjligt att under europeiska förhållanden förhindra årliga utsläpp av upp till 7,4 ton CO 2 till atmosfären . Ljusbrunnar med fiberoptik utvecklades 2004 i USA . Parabolsamlare används i den övre delen av en sådan brunn . Användningen av solbrunnar gör det möjligt att minska elförbrukningen och på vintern minska bristen på solljus för människor i byggnaden [30] .
Solenergi används i stor utsträckning för både vattenuppvärmning och elproduktion. Solfångare är gjorda av tillgängliga material: stål, koppar, aluminium, etc., det vill säga utan användning av knappt och dyrt kisel. Detta gör att du avsevärt kan minska kostnaderna för utrustning och den energi som produceras på den. För närvarande är det solvattenuppvärmning som är det mest effektiva sättet att omvandla solenergi.
År 2001 var kostnaden för el som genererades i solfångare 0,09-0,12 USD per kWh. Det amerikanska energidepartementet förutspår att kostnaden för el som produceras av solenergikoncentratorer kommer att minska till 0,04-0,05 dollar 2015-2020.
2007 började byggandet av hybridkraftverk i Algeriet . På dagtid produceras el av paraboliska koncentratorer och på natten från naturgas .
I början av 2010 nådde den totala globala kapaciteten av solvärmeenergi (koncentrerade solstationer) en gigawatt [10] . Till 2020 planerar EU-länderna att bygga 26,3 GW solvärmekapacitet [31] .
Solfångare kan användas för matlagning. Temperaturen i solfångarens fokus når 150 °C . Sådana köksapparater kan användas i stor utsträckning i utvecklingsländer. Kostnaden för material som behövs för produktionen av det enklaste "solköket" är $3-$7.
Traditionella eldstäder har en termisk verkningsgrad på cirka 10 %. I utvecklingsländer används ved aktivt för matlagning. Användningen av ved för matlagning leder till massiv avskogning och skador på hälsan. Till exempel i Indien släpps mer än 68 miljoner ton CO 2 årligen ut i atmosfären från förbränning av biomassa . I Uganda förbrukar det genomsnittliga hushållet 440 kg ved per månad. Hemmafruar andas in en stor mängd rök under matlagning, vilket leder till en ökning av sjukdomen i andningsvägarna. Enligt Världshälsoorganisationen dog 2006 800 000 barn och 500 000 kvinnor av luftvägssjukdomar i 19 länder söder om Sahara, Pakistan och Afghanistan .
Det finns olika internationella distributionsprogram för solkök. Till exempel ingick Finland och Kina 2008 ett avtal om att leverera 19 000 solkök till 31 byar i Kina. Detta kommer att minska CO 2 -utsläppen med 1,7 miljoner ton 2008-2012. I framtiden kommer Finland att kunna sälja kvoter för dessa utsläpp
Solenergi kan användas i olika kemiska processer. Till exempel:
Vätgas kan användas för att generera el, eller som bränsle för transporter.
Solceller kan installeras på olika fordon: båtar, el- och hybridfordon , flygplan, luftskepp , etc.
Fotovoltaiska celler genererar elektricitet, som används för strömförsörjning ombord av fordonet eller för elmotorn i elfordon.
I Italien och Japan installeras solceller på taket på järnvägståg. De producerar el för luftkonditionering, belysning och nödsystem.
Solatec LLC säljer tunnfilmsfotovoltaiska celler för taket på Toyota Prius hybridfordon . Tunnfilmsfotoceller är 0,6 mm tjocka, vilket inte påverkar bilens aerodynamik. Fotoceller är designade för att ladda batterier, vilket gör att du kan öka bilens körsträcka med 10 %.
1981 flög piloten Paul Beattie MacCready en Solar Challenger som endast drevs av solenergi och täckte en sträcka på 258 kilometer med en hastighet av 48 km/h [32] . 2010 höll det solarbemannade Solar Impulse flygplanet i luften i 24 timmar. Militären är mycket intresserad av soldrivna obemannade flygfarkoster ( UAV ) som kan stanna i luften under extremt långa perioder av månader och år. Sådana system skulle kunna ersätta eller komplettera satelliter.
| Energi | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| struktur efter produkter och branscher | |||||||||||||||||||||||||||
| Kraftindustri : el |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Värmetillförsel : värmeenergi |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Bränsleindustri : bränsle _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Lovande energi : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portal: Energi | |||||||||||||||||||||||||||
| industrier | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||
