Технический прогресс и экономика (стр. 9 )

Достоинства фотоэлектрического способа получения энергии многочисленны:

- используется возобновляемый первичной источник энергии с неисчерпаемым ресурсом;

- производство электроэнергии практически не ведет к изменению климата, т. к. не вызывает эмиссию вредных газов и  твердых частиц в атмосферу, не расходуется кислород, не выделяется тепло;

- используется прямой способ преобразования энергии в электрическую; безмашинный способ преобразования, в котором отсутствуют вращающиеся и движущиеся механизмы, обеспечивает высокую надежность работы, не создает акустических и вибрационных воздействий на обслуживающий персонал и природу;

- обеспечивается энергетическая независимость любой страны, т. к., в отличие от углеводородного топлива, солнечное излучение, хоть и в разной степени, доступно во всех странах, и фотоэлектрические станции (ФЭС) способны работать в любом месте Земли;

- ФЭС монтируются быстро и просто; затраты на их техническое обслуживание незначительны, не нужен высококвалифицированный персонал; при сооружении фотоэлектрических установок (ФЭУ) в городских условиях модули солнечных батарей (СБ) могут встраиваться в стены и крыши зданий и служить архитектурным украшением;

- ФЭС имеют малую инерционность, обеспечивая легкость регулирования режимов, что очень важно в критические моменты работы сети.

Главный принципиальный недостаток всей солнечной энергетики – зависимость вырабатываемой энергии от времени суток, погодных условий и сезона. Чтобы обеспечить потребителя постоянным энергоснабжением  в  состав автономных ФЭУ, необходимо включать аккумуляторы или резервные генераторы. А использование в существующих энергосетях большого количества крупных ФЭС вообще невозможно. В периоды низкой освещенности, в вечернее время и ночью всю нагрузку должны брать на себя "традиционные" электростанции (ЭС), а регулировать мощность таких ЭС допустимо лишь в небольших пределах. По этой причине общая мощность ФЭС не может превышать 10 - 20 % мощности всей энергосети [1].

Второй  серьезный недостаток – низкая плотность потока солнечного излучения ? ведет к необходимости собирания солнечной энергии с больших площадей. Крупные ФЭС будут занимать обширные территории – 2,5 - 3,0 га/МВт мощности [2]. В странах, где стоимость земли высока, найти площадку для строительства ФЭС совсем не просто.

Третий недостаток ? стоимость получаемой энергии значительно выше, чем в традиционной энергетике. При текущем бурном развитии отрасли этот недостаток, скорее всего, будет устранен в обозримое время (10 - 12 лет): стоимость фотоэлектри-ческих модулей ежегодно снижается на 8 - 14 %, и по прогнозам специалистов эта тенденция сохраниться до 2020 г. [3].

Темпы развития фотоэнергетики

Фотоэнергетика на сегодня – самая быстрорастущая отрасль электроэнергетики в мире. В начале 80-х годов мощность всех ФЭУ не превышала 4 МВт. К концу 2008 г. по данным Международного Энергетического Агентства (МЭА), членами которой являются 28 стран, она составляла 13,1-14,7 ГВт [4], в 2009 г. добавились еще 3,9 ГВт. К концу 2009 г. по данным Европейской ассоциации фотоэлектрической промышлен-ности общая мощность ФЭУ только на территории Европы превысила 20 ГВт.

Ведущие страны мира в области фотоэнергетики ? Испания, Германия, Италия, США, Южная Корея и Япония. В этих странах в 2008 г. установлено 96 % всех ФЭУ в мире. В странах, состоящих членами МЭА, это были ФЭУ, подключенные к электросетям (99 %) [5].

Фотоэлектрическая промышленность ? процветающая отрасль производства. Годовые темпы развития мирового рынка в 1990 - 97 гг. составляли 12 - 15 %, после 1997 г. до 25 - 35 %. С 2005 г. ежегодный прирост составлял около 50 %, а в 2008 г.  – 82 %. В станах, входящих в МЭА, товарооборот этой отрасли в 2008 г. составил около 40 млрд. долларов США, а во всем мире было изготовлено фотоэлектрических изделий общей мощностью 7,1 ГВт на 50,7 млрд. долларов США.

Существующая специализация в поставках на мировой рынок: солнечный кремний – США; слитки – Великобритания; пластины – Норвегия; солнечные элементы (СЭ) – Австралия, Япония, Малайзия, США; фотоэлектрические модули – Австрия, Канада, Великобритания, Япония, Швеция; технологическое оборудование – Швейцария.

В 2008 г. средняя цена фотоэлектрических модулей в станах МЭА составила 4,0 долларов США, снизившись за год на 9 % [5]. Текущие мировые цены на модули можно найти в Интернете [6]. Стоимость продукции китайских фирм на треть ниже стоимости продукции европейских.

Средняя цена на подключенную к электросети ФЭУ в 2008 г. – 6,9 долл./Вт (6,2 - 7,6 долл./Вт). Автономные ФЭУ вдвое дороже [5].

Фотоэлектрическая промышленность уже имеет развитую инфраструктуру. Помимо компаний, выпускающих СЭ и модули солнечных батарей (СБ), а также предприятий по проектированию и сооружению ФЭУ и ФЭС, образованы предприятия по производству полупроводниковых материалов специально для  СЭ. Электротех-ническая промышленность выпускает широкий ассортимент инверторов различной мощности, регуляторов режима максимальной мощности СБ, преобразователей постоянного тока в переменный и другой аппаратуры для ФЭУ и ФЭС.  Кабельная промышленность выпускает кабели, предназначенные  специально для ФЭС. Большое число заводов изготавливает опорные конструкции для СБ. В промышленности строительных материалов возникло направление по изготовлению строительных блоков со встроенными модулями СБ. Это могут быть стеновые блоки и покрытия для крыш. Создано много фирм по обслуживанию работающих ФЭС, и обучению обслуживающего персонала. Страховые компании разработали нормы страхования ФЭУ. Выпущены брошюры по соблюдению пожарной безопасности в домах с ФЭУ. Законодательно решены правовые вопросы наследования ФЭУ, расположенных на свободной территории. Существуют многочисленные предприятия, занимающиеся переработкой отслуживших срок фотоэлектрических модулей.

В станах членах МЭА в фотоэлектрической отрасли в 2008 г. было занято 111 тысяч человек [5]. Только в Германии (на конец 2009 г.) было занято около 60 тысяч человек, работает более 3 тысяч мелких специализированных фирм, занимающихся монтажом небольших ФЭУ, а общее число фирм, связанных с фотоэнергетикой достигает 15 тысяч.

Направления развития фотоэнергетики

Впервые фотоэлектрический метод преобразования энергии нашел практическое применение для энергопитания космических аппаратов, затем в качестве источников автономного питания устройств промышленного назначения (систем связи, навигации, сигнализации, телеметрии, катодной защиты трубопроводов и т. д.). Впоследствии ФЭУ стали использовать для освещения и автономного обеспечения электроэнергией бытовой аппаратуры небольшой мощности в отдаленных от сетей и труднодоступных местах, а также в зонах отдыха.

Ныне фотоэнергетика развивается по четырем направлениям:

1. ФЭУ космического назначения.

2. ФЭУ, ФЭС и локальные сети для автономного энергообеспечения  частных хозяйств и небольших поселений, а также для электропитания расположенных в полевых условиях устройств промышленного назначения.

3. Отдельные ФЭУ частных владельцев, поставляющие избытки энергии в электрическую сеть.

4. Крупные ФЭС, подающие энергию в центральные сети.

Космическое направление. ФЭУ до сих пор остаются самым надежным средством обеспечения электроэнергией космических аппаратов, работающих в ближнем космосе. Главный электрогенератор Международной космической станции из восьми крыльев СБ длиной по 40 м развивает мощность около 0,5 МВт. Получаемая в космосе электроэнергия идет только на собственные нужды космических объектов.

Автономная фотоэнергетика. Использование небольших ФЭУ продолжает оставаться незаменимым в развивающихся странах, где до сих пор около 1 млрд. человек живет без электроснабжения. Эти страны в основном расположены в зоне низких широт, огромные ресурсы солнечного излучения позволяют там эффективно работать ФЭУ для обеспечения освещения, для питания холодильников, водяных насосов и т. п. В настоящее время такая тенденция сохраняться. Большую помощь в этом оказывают развитые страны западной Европы, которые поставляют маломощные ФЭУ в страны Африки часто в качестве гуманитарной помощи. При автономном энергообеспечении с помощью ФЭУ требуется наличие либо достаточно емкого аккумулятора электроэнергии, либо запасного генератора на основе традиционных энергоносителей, способного оперативно восполнять недостаток энергии от ФЭУ. Для маломощных установок обычно используют дизель-генераторы.

Третье направление в последнее время широко развивается в странах Европейского союза, где законодательство (принятое в начале 90-х годов) разрешает подключать частные электрогенераторы на основе возобновляемых источников к центральным сетям. Частные домовладельцы устанавливают у себя ФЭУ, СБ которых монтируют на крышах своих домов. Ночью и в пасмурную погоду потребляется энергия из сети. В солнечную погоду, если собственное потребление энергии незначительно, ее избыток отдается в сеть. Установки снабжены счетчиками отданной в сеть электроэнергии. Поскольку ФЭУ ? дорогое оборудование, для стимулирования его применения правительства многих стран в прежние годы выдавали дотации более 50 % стоимости ФЭУ. В настоящее время в Европе система стимулирования изменилась. Электроэнергия, поданная владельцем ФЭУ в сеть, оплачивается в 6 - 10 раз выше, чем стоимость потребленной из сети энергии. Более того, в некоторых странах платят и за электроэнергию, использованную для собственных нужд, правда, по меньшему тарифу.

ФЭУ устанавливаются не только в домах частных владельцев, но и в зданиях крупных  предприятий,  государственных  учреждений, спортивных сооружений. В 2008 г. СБ мощностью 222 кВт установлена на крыше собора Святого Петра в Ватикане. СБ располагают и на крышах зданий, и на стенах и даже делают окна из полупрозрачных пленочных СБ, служащих одновременно и защитой от света. Слияние архитектуры и энергетики понемногу становится мировой тенденцией и может со временем стать элементом культуры.

Четвертое направление – строительство крупных ФЭС стало бурно развиваться в последние годы. До середины 2000 гг. возводили единичные ЭС мощностью не более 10 МВт. В настоящее время по всему миру сооружают ФЭС мощностью в десятки мегаватт. Так в октябре 2008 г. завершено строительство ФЭС мощностью 34 МВт в Испании (Arntdo). В декабре 2008 г. заработала ФЭС Waldpolenz мощностью 40 МВт в Германии под Лейпцигом. Она будет производить около 40 миллионов кВт • ч электроэнергии в год. Станция построена на территории бывшего военного аэродрома, который использовался советскими войсками. В этом же году пущена в эксплуатацию ФЭС Amareleja мощностью 46 МВт в Португалии занимающей территорию 250 га. Ее СБ состоит из 262 тыс. модулей, расположенных на 2520 панелях, каждая из которых имеет систему слежения за Солнцем. Стоимость ФЭС – 261 млн. евро. В 2009 г. в Германии открылась ФЭС Lieberose мощностью 53 мВт, а под г. Котбус завершено строительство ФЭС мощностью 63 МВт. В Австралии планируется сооружение ФЭС мощностью 160 мВт. В Калифорнии (США) группа компаний  во  главе  с  Pacific  Gas  планирует  к  2013 г. построить ФЭС мощностью 800 МВт (1,65 млрд. кВт • ч/год), из которых 550 мВт будут обеспечиваться СБ из тонкопленочных СЭ. Китайская компания CGN SEDC и американская компания First Solar Inc. приступили к сооружению в китайской провинции Внутренняя Монголия ФЭС, которая к концу строительства в 2019 г. должна иметь мощность 2 ГВт.