Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на использовании энергии солнечного излучения.
Солнечная энергетика использует Солнце, возобновляемый источник энергии, и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.
Условия
Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в π раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.
Достоинства
• Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.
• Теоретически полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
Недостатки
• Зависимость от погоды и времени суток.
• Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии; нерентабельность в высоких широтах, необходимость аккумуляции энергии.
• При промышленном производстве — необходимость дублирования солнечных энергетических установок традиционными сопоставимой мощности.
• Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).
• Необходимость периодической очистки, отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения.
• Нагрев атмосферы над электростанцией.
• Необходимость использования больших площадей.
• Старение фотоэлементов
• Сложность производства и утилизации самих фотоэлементов в связи с содержанием в них ядовитых веществ, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д.
• Из-за низкой эффективности преобразования солнечной энергии в электричество (к. п. д. не более 30%) большая часть солнечной энергии идут на нагрев солнечных батарей, температура которых достигает 50—70 °C.
Себестоимость
Типичные факторы стоимости для солнечной энергии для случая фотовольтоники включают стоимость модулей, конструкций для их размещения, проводки, инверторов, стоимости рабочей силы, любой земли, которая может потребоваться, подключение к сети, техническое обслуживание и масштабы солнечную инсоляцию, которую место установки СЭС.
Фотоэлектрические системы не используют топливо, а срок службы модулей обычно составляет от 25 до 40 лет. Таким образом, первоначальные капитальные и финансовые затраты составляют от 80 до 90 % стоимости солнечной энергии.
Зависимость производительности от местоположения станции
Производительность солнечной энергии в регионе зависит от солнечной радиации, которая меняется в течение дня и года и зависит от широты и климата. Выходная мощность фотоэлектрической системы также зависит от температуры окружающей среды, скорости ветра, солнечного спектра, местных условий загрязнения и других факторов.
Солнечная фотоэлектрическая панель (или фотоэлектрический модуль) — устройство, преобразующее солнечный свет непосредственно в электрическую энергию. Солнечная панель состоит из солнечных фотоэлектрических ячеек, соединенных последовательно или параллельно между собой. Солнечные панели могут быть жёсткого и гибкого исполнения. Жёсткие солнечные панели обычно состоят из солнечных ячеек на основе кремния, которые заключены герметично между двумя стеклянными пластинами или между стеклянной фронтальной пластиной и задней пластиковой плёнкой с использованием герметизирующего материала. Такая структура защищает солнечные ячейки от воздействия окружающей среды. Гибкие солнечные панели изготавливаются на основе органических материалов.
Солнечная панель характеризуется электрическими (например, напряжением холостого хода и током короткого замыкания), механическими и термическими свойствами. Характерные кривые солнечной панели зависят от используемого полупроводникового материала и процесса изготовления солнечных ячеек. Для достижения высокой эффективности важно, чтобы соединенные между собой солнечные ячейки были максимально похожи. Для этого солнечные ячейки перед установкой сортируются производителем по их электрическим характеристикам. Кроме того, солнечные элементы сортируются по цвету, чтобы обеспечить единообразный внешний вид панели.
Солнечные панели, соединённые между собой, образуют солнечную батарею.
Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкции электростанции.
Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:
• СЭС башенного типа;
• СЭС тарельчатого типа;
• СЭС, использующие фотоэлектрические модули (фотобатареи);
• СЭС, использующие параболические концентраторы;
• Комбинированные СЭС;
• Аэростатные солнечные электростанции;
• Солнечно-вакуумные электростанции.
