Как используют солнечную энергию

Частичное использование солнечной энергии человеком практиковалось с древнейших времен. Фокусируя лучи, Архимед сжигал вражеские корабли, а средневековые крестьяне нагревали воздух в башнях, который вращал лопасти мельниц. Однако масштабное применение энергии солнца началось только в 20 веке. А спустя еще несколько десятилетий этот альтернативный источник начал серьезно теснить на энергетическом рынке традиционные виды топлива. 

Сферы использования солнечной энергии

За сравнительно короткий промежуток времени человечество смогло «приручить» поток светового излучения и начать применять его энергию в следующих сферах:

• электроснабжения частных домохозяйств и промышленных объектов;
• обогрева помещений любого размера и предназначения – от квартир и частных домов до сельскохозяйственных теплиц и животноводческих ферм;
• нагрева воды и/или превращения ее в пар с целью последующего преобразования солнечной энергии в тепловую и механическую;
• освещения домов, улиц, зеленых зон, СТО и прочих объектов, и территорий, особенно не имеющих возможности подключиться к электросетям;
• космической промышленности, где фотоэлектрические батареи зачастую являются единственным доступным средством получения энергии. 

Особенности и предназначение конструкций

Все разновидности подобных систем можно разделить на несколько классов.

По предназначению: 

• Пассивные – представляют собой специальные материалы или конструкции, способствующие максимальному поглощению излучения и предназначены для преобразования энергии солнца в тепло.
• Активные – являются системами, целью которых является не только поглощение, но и преобразование, а часто и накопление солнечной энергии. К ним относятся все типы коллекторов, а также фотоэлектрические батареи с АКБ. 

По типу преобразования:

• в тепловую;
• механическую;
• электрическую энергию.

По сложности:

• простые – представляют собой обычные материалы или емкости, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев какого-либо носителя;
• сложные – высокотехнологичные конструкции, способные вырабатывать электрический ток, сохранять сгенерированную энергию, управляться автоматическими системами позиционирования и т.д.

Фотоэлектрические панели

Именно этот вид конструкций сегодня является наиболее востребованным в сфере использования солнечной энергии человеком. Их важнейшее преимущество – функциональность и универсальность, что позволяет с одинаковой эффективностью применять гелиоустановки на земле и в космосе.

Масштабы использования солнечных батарей на базе полупроводниковых материалов колеблются от единичных панелей до огромных гелиоферм на тысячи гектаров.

Основой для любой СЭС, независимо от ее размера и мощности, служат следующие типы модулей:

1. На монокристаллическом/поликристаллическом кремнии. Первое поколение, жесткие конструкции. В настоящее время обладают КПД 20-24% при условии идеального освещения, быстро дешевеют и занимают около 2/3 мирового рынка продаж.
2. На редкоземельных элементах в виде тонких пленок. Второе поколение. В наземных станциях преобладают панели с ячейками из недорогого теллурида кадмия с КПД 19-20%. В авиакосмической промышленности преобразование солнечной энергии осуществляют в основном батареи CIGS с использованием индия и галлия. Более дорогие, но эффективны – КПД достигает 35-40%.
3. Пленки на полимерах, органике и квантовых точках. Третье поколение. Считается наиболее перспективным. В настоящий момент широкого распространения пока не получило из-за нерешенных вопросов с коротким сроком «жизни».

Использование солнечной энергии человеком по странам мира

Количество установленных небольших частных и высокопроизводительных крупных СЭС по всему миру быстро растет. В наиболее развитых странах мира установки ВИЭ обеспечивают от 25 до 70% всей потребляемой электроэнергии. Согласно планам развития США, ЕС, Китая и некоторых других стран и регионов, к 2050 году солнечная энергия, наряду с другими ВИЭ, должна обеспечивать почти 100% их энергетических потребностей.

В России использование солнечной энергии пока менее популярно, причиной чему традиционно низкая цена на классические энергоносители и слабая государственная поддержка. Однако всего за 3 последних года рост мощностей новых СЭС начал составлять до 250% в год.