Гелиоэнергетика (солнечная энергетика) – вид энергетики, основанный на применении непосредственно солнечного излучения для получения какого-либо вида энергии. Солнечная энергетика использует источник энергии, который неисчерпаем, и является экологически чистой, т.е. не выделяющей вредных отходов.

Производство энергии при помощи солнечных электростанций соответствует концепции распределенного производства энергии.

Сегодня гелиоэнергетика выступает в роли основного метода снабжения спутников, космических станций и зондов электроэнергией.

Перспективно и целесообразно использовать данную энергию рассредоточенными и малоэнергоемкими потребителями в областях, где наблюдается значительная солнечная радиация. В древней Греции солнечную радиацию использовали для освещения и строительства домов, для обогрева. Сегодня в домостроении используются специальные конструктивные приемы по применению солнечной радиации, которые дают возможность сокращать потребность в отоплении на 75%.

Уже запущено использование прямых преобразователей солнечной радиации в тепловую и электрическую энергию в домостроении. Солнечную энергию генерируют на солнечной тепловой станции – башни (гелиостат), которая окружена группой зеркал (приемников), собирающих падающую энергию Солнца на гелиостате, где температура достигает 1200°С. При помощи замкнутого охлажденного контура вырабатывается электрическая энергия. На фотоэлектрических станциях энергия падающих лучей преобразуется через солнечные элементы в электроэнергию. Как правило, солнечные тепловые станции занимают большую площадь.

• Якутия собирается перейти на альтернативные энергетические источники
• Якутия переходит на альтернативную энергетику
• Уникальная электростанция была открыта на Байкале
• Строительство крупнейшей солнечной электростанции наполовину завершено
• Старт производства солнечных панелей в Чувашии в очередной раз перенесли
• Солнечные тепловые электростанции
• Солнечную энергию можно хранить для использования в ночное время
• Солнечное освещение Усть-Каменогорска

Сегодня человечество активно использует новые энергетические источники, которые являются экологически чистыми. В 1890-1910 годы происходил бурный переход на новые источники энергии. Также данный период ознаменован заменой каретной тяги автомобилем, а светильники на газу освещением за счет электричества. Во многих развитых странах свершилась промышленная революция.

В наши дни человечество переживает очередной переход на новые энергетические источники, который начался еще в 1990 году. Ученые утверждают, что данный период продлится до 2020 года. Особенностью этого времени является его экологическая направленность – уменьшение загрязнения окружающей среды, снижение объемов выбросов в атмосферу углекислого газа и сернистых газов. За это время человек должен внедрить возобновляемые чистые источники энергии, например гелиоэнергетику и тепловые насосы, в свою повседневную жизнь. Иначе под угрозу экологической катастрофы будет поставлена возможность дальнейшей жизнедеятельности на планете.

Возможности гелиоэнергетики

Чтобы оценить возможности гелиоэнергетики, принято считать, что плотность потока солнечной радиации вне земной атмосферы равна 1,4 кВт на метр квадратный, в полдень на уровне океана – 1 кВт на метр квадратный.

Наша планета в среднем перехватывает 1,7х10¹⁴ кВт солнечной радиации, которая имеет огромную мощность, превышающую в 500 раз предельные малодостижимые потребности человечества. За год наша планета получает 10¹⁸ кВт/ч солнечной энергии, это в 10 раз больше, чем количество энергии, которое могут дать все известные ископаемые топлива, в том числе расщепляемые вещества. Из общего количества солнечной радиации, поступающей на планету, 30% сразу же отражается в космическое пространство коротковолновым отражением, половина абсорбируется атмосферой, поверхностью планеты и преобразуется в тепло, которое рассеивается в космос в качестве инфракрасного излучения. Следующие 20% участвуют в процессах отражения, конвекции, осадков, кругооборота воды в природе. Около 0,2% энергии Солнца уходит на образование океанских и атмофсферных потоков. И только 0,02% солнечной энергии захватывается хлорофиллом, содержащимся в зеленой растительности, и принимает участие в поддержании жизни на планете. Благодаря этим 0,02% миллионы лет назад образовалось ископаемое топливо на Земле. Гелиоэнергетика является популярным видом электроэнергии в Западной Европе и Латинской Америке.

По самым оптимистичным прогнозам, к 2020 году гелиоэнергетика будет приносить 5-25% производства энергии во всем мире.

Существует два вида гелиоэнергетики: физический и биологический. Физический вариант – энергия аккумулируется солнечными элементами на полупроводниках, солнечными коллекторами или собирается системой зеркал.

Солнечные коллекторы распространены в Израиле, Японии, Греции, Турции, в Египте и на Кипре для отопления и нагревания воды. Некоторые предприятия в РФ производят солнечные сушилки, используемые в сельском хозяйстве, которые дают возможность сократить на 40% расходы энергии на единицу сухого продукта. В РФ также выпускаются усовершенствованные комплексные установки для нагрева воды и плоские солнечные коллекторы.

Солнечные элементы (ФЭП, фотоэлектрические элементы) используются широко в космических аппаратах. Но наиболее экономичной является гелиоэнергетика, использующая системы зеркал, способствующие нагреванию в трубах солнечных электростанций (СЭС) масла. Энергия, вырабатываемая на СЭС, в 5-7 раз дешевле энергии ФЭП. Недостаток СЭС – большие затраты металла на их создание (они в 10-12 раз выше, чем при получении энергии на АЭС или ТЭС). Затраты цемента еще больше: в 50-70 раз. СЭС требуют больших площадей, поэтому их строительство возможно только в пустынях. Так, на юге от Лос-Анджелеса функционирует СЭС мощностью 80 МВт, затраты на ее возведение окупились быстро, получаемая энергия на 1/3 дешевле энергии АЭС.

При биологическом варианте гелиоэнергетики применяется солнечная энергия, которая накопилась в органическом веществе растений в процессе фотосинтеза, как правило, в древесине. Количество диоксида углерода, выделяющееся при сжигании растительной массы, равняется его усвоению в процессе роста растений (нулевые выбросы). В ближайшие годы Австрия планирует получать до 1/3 необходимой энергии от сжигания древесины. Для данных целей в Великобритании собираются засадить лесом 1 млн га территории земель, не использующихся для сельского хозяйства. Высаживаются быстрорастущие породы, например, тополь, срезку которого можно осуществлять уже через три года после высаживания (деревья высотой около 4 м, диаметр стволов от 6 см). В Бразилии из отходов сахарного тростника вырабатывают этиловый спирт, использующийся в качестве топлива; в США функционируют электростанции, работающие на сжигании отходов кукурузы.

Компания в Америке «Дженерал электрик» применяет биомассу бурых быстрорастущих водорослей (с 1 га этих плантаций ежедневно получается энергия, равная энергии 28 л бензина). Также используется планктонная микроскопическая водоросль спирулина, которая может давать ежегодно с 1 га до 24 т сухого вещества. В данном случае энергия производится в замкнутой системе: после сжигания водорослей зола передается в бассейн для последующего использования, что сокращает расход элементов минерального питания.

Биологическим видом гелиоэнергетики также является выработка биогаза, швельгаза, образующегося при термической обработке (пиролизе) бытовых органических отходов в специальных установках, где они нагреваются в анаэробных условиях до 400-700°С. Затрачивается лишь некоторое количество тепловой энергии, получаемой из традиционных источников.