Рост объемов экологичной солнечной энергии
Солнечная энергия безопасна для окружающей среды. Узнайте, на что способны солнечные лучи для обеспечения энергией и сохранения нашей планеты.
Что такое солнечная энергия?
Солнечная энергия — это энергия, которая поступает от солнца. Солнечные тепло и свет используются для создания электроэнергии или термальной энергии для различных бытовых, деловых и других рабочих потребностей. Мощность солнечной энергии измеряется в ваттах.
Солнечная энергия, также известная как солнечная мощность, генерация солнечной энергии или солнечное излучение, — это самый изобильный, возобновляемый источник энергии. Источник возобновляемой энергии — это источник энергии, которую можно регенерировать. В отличие от ископаемого топлива (нефть, природный газ и уголь), этот источник энергии не исчерпывается после одного использования. Другими примерами возобновляемой энергии являются ветер, гидроэнергия и геотермальная мощность.
Это может вас удивить, но солнечная энергия — это не современное изобретение: Люди использовали энергию солнца еще с 7-го века до н. э., применяя лупы и солнечные лучи для разжигания огня и сожжения муравьев. Конечно, с тех пор произошли важные изменения и улучшения технологий использования солнечной энергии.
Ниже представлен краткий обзор и временная шкала развития применения солнечной энергии согласно Министерству энергетики США:
- В 1767 г. швейцарский исследователь Орас де Соссюр создал первый в мире солнечный коллектор.
- Эдмон Беккерель, французский физик, в 1839 году открыл фотогальванический эффект,——когда свет или энергия излучения создает напряжение или электрический ток.
- Несколько десятилетий спустя французский математик Огюст Мушо зарегистрировал патенты на двигатели, работающие от солнечной энергии.
- В 1883 году нью-йоркский изобретатель Чарльз Фриттс создал солнечную батарею, покрыв селен тонким слоем золота, что обеспечило скорость преобразования энергии в диапазоне от 1 до 2 процентов (для справки большинство современных солнечных батарей работают со скоростью от 15 до 20 процентов), согласно журналу Smithsonian. Через пять лет изобретатель Эдвард Вестон получил два патента на солнечные батареи.
- В начале 1900-х г. Альберт Эйнштейн опубликовал научную работу о фотоэлектрическом эффекте.
- В 1954 г. компания Bell Telephone Laboratories выпустила силиконовую солнечную батарею, которая могла преобразовывать достаточно энергии для ежедневного использования электрооборудования с эффективностью 4 % (а позднее — 11 %). Спустя шесть лет компания Hoffman Electronics достигла 14 процентов эффективности.
- В 1970-х годах доктор Эллиот Берман разработал более дешевую солнечную батарею, что привело к снижению цены до 20 USD за Вт.
- В 1981 году Пол МакКриди создал самолет с питанием от солнечной энергии (первый в своем роде), оснащенный 16000 солнечных ячеек и совершивший перелет из Франции в Англию.
- В 1998 г. ученый Гуха Субхенду изобрел гибкую солнечную черепицу для крыш, способную преобразовать солнечный свет в электричество.
- В 2000-х годах и по сей день мы продолжаем развивать возможности и эффективность технологий применения солнечной энергии.
На сегодняшний день, «солнечная энергия — это самый быстрый и доступный источник новой электроэнергии» в США, согласно данным Energy.gov, учитывая наличие 3 миллионов солнечных установок в стране. В глобальном плане объемы солнечной энергии для бытового и коммерческого использования также растут.
Хороший пример повседневного применения солнечной энергии — черные прямоугольные солнечные панели, которые можно увидеть на крышах некоторых домов. Корпорации тоже начали использовать солнечную энергию — даже в Disney World есть солнечная установка в форме Микки Мауса, состоящая из 48000 солнечных панелей за пределами тематического парка Эпкот.
Солнечные технологии продолжают развиваться и улучшаться с течением времени. В этой статье представлены обзор солнечной энергии, принцип ее работы, преимущества использования и будущее этот отрасли.
Как собирается и хранится солнечная энергия?
Фотовольтаика (ФВ)
Включает использование устройства (солнечной панели) для поглощения солнечных лучей и их преобразования в электроэнергию. Эти устройства называются солнечными батареями и соединены с более крупными генераторами питания.
Концентрированная солнечная энергия (КСЭ)
Собирает энергию от солнца, чтобы создать тепло, которое затем используется для генерации электроэнергии. Эта технология использует зеркала, чтобы сфокусировать или «сконцентрировать» световую энергию.
Нагрев и охлаждение с использованием солнечной энергии
Собирает энергию от солнца и использует ее для предоставления услуг нагрева и охлаждения в жилых домах и на предприятиях. Эта технология использует солнечный коллектор, изолированный трубопровод и резервуар для хранения горячей воды.
Компоненты хранилища солнечной энергии
-
Аккумуляторы
Это основа систем хранения энергии. Выделяют два самых распространенных типа аккумуляторов: литий-марганцовистый никель-кобальтовый и литий-железо-фосфатный.
-
Подпанели критической нагрузки
Позволяет вам решить, какие основные устройства будут запитаны в случае отключения электроэнергии.
-
Солнечные панели
Используется для зарядки аккумуляторов. Тонкая пленка, PERC, поликристалл и монокристалл — это различные типы солнечных панелей.
Из чего сделаны солнечные панели? В основе солнечных панелей обычно содержится кремний — наиболее распространенный полупроводник, используемый в солнечных панелях — а еще стеклянный корпус, металлическая рама и другое оборудование, удерживающее панель и обеспечивающее ее функциональность.
-
Инверторы
Используются для преобразования переменного тока в постоянный (солнечные панели и батареи преобразуют постоянный ток в переменный).
Хранение солнечной энергии
Далее, рассмотрим три способа хранения солнечной энергии согласно Green Building Elements:
Хранение аккумулятора
Чаще всего для хранения солнечной энергии используются литий-ионные батареи.
Хранение механической энергии
Сжатый воздух (введенный под давлением в емкость, например, в цистерну и спускаемый по мере необходимости), гидроаккумулирующая система (вода, проталкиваемая через турбинные генераторы для получения энергии при необходимости) и маховик (избыточная мощность, используемая для обеспечения питания при необходимости) представляют собой три варианта системы хранения данных этого типа.
Тепловой аккумулятор
Для удержания энергии используются растворимая соль и вода в изолированном резервуаре.
Кроме того, существует «виртуальное хранилище», то есть, процесс, с помощью которого вы можете нагреть или охладить здание до ожидаемого пика спроса на электропитание. Затем здание сохраняет эту энергию и использует ее, когда необходимо.
Полный список терминов и определений можно найти в глоссарии на тему солнечной энергии в Министерстве энергетики США.
Преимущества солнечной энергии
Итак, в чем же заключаются преимущества солнечной энергии? Можно выделить целый ряд таких преимуществ, включая защиту окружающей среды, создание рабочих мест и налоговые вычеты. Рассмотрим некоторые из основных преимуществ:
-
Солнечная энергия безопаснее для окружающей среды, чем традиционные источники энергии
Скорее всего, экология и забота о планете — это первое, что приходит в голову при рассмотрении преимуществ солнечной энергии. Возобновляемые источники энергии, такие как солнце, помогают уменьшить зависимость нашего мира от ископаемого топлива, снизить наш углеродный след и получить электроэнергию без токсичного загрязнения.
-
Расходы на обслуживание солнечных установок снижаются
Хотя начальная установка может показаться слишком затратной для некоторых семей, затраты на обслуживание с течением времени снижаются. В частности, за последнее десятилетие стоимость установки солнечной панели упала на 60 процентов. (Тем не менее, затраты могут различаться в зависимости от региона и ограничений цепочки поставок.)
-
При использовании систем, основанных на солнечной энергии, предоставляются налоговые льготы
Переход на солнечную энергию положительно скажется на ваших финансах (пусть и не сразу). В частности, правительство США предлагает федеральный налоговый вычет на использование солнечной энергии, который можно применить при расчете затрат на установку солнечных фотовольтаических систем. Региональные органы управления и местные власти также могут предлагать программы, помогающие компенсировать более высокий уровень цен.
-
Технологии использования солнечной энергии усовершенствованы
С течением времени оборудование и технологии хранения существенно улучшились. Сейчас солнечные панели производят больше энергии в течение более длительного времени (с КПД около 20%) и служат до 30 лет.
Существует множество разнообразных положительных результатов использования солнечной энергии в быту или для бизнеса. Тем не менее, у этого источника энергии есть свои ограничения. Вот некоторые недостатки использования солнечной энергии:
- Загрязнение по-прежнему остается на повестке. Хотя солнечное энергосбережение — это более экологически безопасное решение, чем сжигание ископаемого топлива, некоторые химические вещества и материалы, используемые в процессе производства фотовольтаической батареи , вырабатывают опасные отходы.
- Дороговизна установки. Хотя использование солнечной энергии приводит, в конечном итоге, к экономии, начальная установка и оборудование могут стоить довольно дорого.
- Есть определенные эксплуатационные ограничения. Так как энергия генерируется при наличии солнца на небе, определенные погодные условия (облачность) и время суток не подходят для получения солнечной энергии.
- Другие факторы воздействия на окружающую среду. Использование воды и земельных участков, а также потенциальная потеря мест обитания — это факторы, которые необходимо учитывать при масштабировании использования солнечных энергосистем.
Оттолкнувшись от последнего пункта, отметим еще раз, что солнечная энергия представляет более экологичные возможности для промышленности и бизнеса. Например, новые инструменты и приложения могут помочь организациям визуализировать моделирование резервуаров, чтобы повысить ударную скорость бурения и обновить электросети для распределенных источников энергии, снизив тем самым затраты и расширив возможности. Кроме того, применение квантовых вычислений стало огромным шагом на пути к оптимизации генерации энергии.
Способы внедрения солнечной энергии
Перед внедрением солнечной энергии проведите собственное исследование. Вам понадобится рассчитать затраты для своего региона, ознакомиться с доступными компенсациями и налоговыми вычетами, изучить различные системы и просмотреть отзывы о компаниях-установщиках. Технически, вы можете установить солнечные панели самостоятельно,’ но следует подумать, оптимальный ли это вариант в вашем случае.
Если вы владелец компании, то при переходе на солнечную энергию вам надо будет учесть несколько факторов — где именно используется электричество в вашем рабочем пространстве охлаждения и отопление на рабочем месте (система охлаждения и отопления, оборудование и т. д.). Хотя, как и в случае с применением солнечной энергии в быту, вы со временем получите экономию, переход на солнечные установки , скорее всего, потребует на первых порах вложения денег и времени. Тем не менее, энергетические решения в сфере «Интернет вещей» готовый прийти вам на помощь и обеспечить снижение операционных затрат при одновременной оптимизации предложения и спроса и отслеживании обслуживания ресурсов энергосистемы.
В случае перехода на солнечную энергию в быту основным препятствием для большинства людей, вероятно, станет высокий ценник установки. Например, стоимость системы солнечных панелей в доме среднего размера в США — после всех налоговых вычетов на использование солнечной энергии — будет в диапазоне от 11144 до 14696 USD, а стоимость небольшой панели по принципу «Сделай сам» составит от 200 до 250 USD согласно данным Consumer Affairs. В других данных можно встретить более обширный диапазон затрат по США, от 10000 до 25000 USD. Кроме того, необходимо учитывать так называемые «косвенные затраты», например, затраты на получение разрешения и трудо-затраты на установку. Вы можете взять солнечные панели в аренду. Это значит, что вам не придется платить за установку, обслуживание или ремонт, но здесь, как и всегда, есть свои плюсы и минусы.
Для большинства семей начальная цена может показаться очень высокой. К тому же, понадобится подождать какое-то время, пока солнечная панель начнет окупаться (в среднем, возврат инвестиций происходит через 7-12 лет). С другой стороны, экономия тоже может оказаться существенной: Использование солнечной энергии может сэкономить жителям США от 600 до 2000 USD на расходы на электроэнергию в год согласно HomeGuide. Кроме того, некоторые установки стоят дешевле приведенных здесь цен. Размер дома (чем больше, тем, как правило, выше цена), уровень энергопотребления и типы технологий, которые вы выбираете для вашей системы, являются тремя основными факторами, влияющими на затраты. Такие веб-сайты, как Solar Estimate , позволяют ввести почтовый индекс или выбрать расположение на виртуальной карте, чтобы определить стоимость установки солнечных панелей на вашем доме.
Вы также можете выбирать способы внедрения солнечной энергии в вашу повседневную жизнь, регулируя масштабы ее использования. Кроме того, в некоторых случаях не нужно тратить много денег, чтобы начать пользоваться солнечной энергией. Например, вы можете приобрести чехол на солнечных батареях для смартфона, фонарики на солнечных батареях для аварийного комплекта в автомобиле, или переносную кухонную плиту на солнечных батареях для следующего похода — иногда меньше чем за 100 USD. Кроме того, солнечные панели — не единственный способ снабдить ваш дом солнечной энергией. С помощью устройств с солнечным питанием можно нагреть воду в бассейне и настроить солнечные лампы, чтобы создать вечернее освещение на своем заднем дворе или террасе. Вы также можете использовать солнечную энергию в работе. Хотите работать дистанционно? Собираясь поработать из кафе, возьмите с собой переносное зарядное устройство с солнечными панелями для питания ноутбука.
Будущее солнечной энергии
Будущее солнечной энергии выглядит ярко (да, это намеренная игра слов), и вот почему:
- Это полезно для планеты. Солнечная энергия является возобновляемой и экологически безопасной.
- Мир берет курс на «чистую» энергию. После 2035 года 50 процентов генерируемой энергии станут возобновляемыми.
- Эта энергия становится все доступнее и эффективнее. Ожидается, что цена на солнечные электросистемы продолжит падать, в то время как качество обслуживания продолжит улучшаться.
- Солнечная энергия помогает создавать новые компании и рабочие места. Прогнозируется отраслевое развитие и рост рабочих мест благодаря использованию солнечной энергии.
Карьерные возможности в области возобновляемой энергии действительно процветают. В этом секторе заняты более 3 миллионов человек в США и 11 миллионов людей по всему миру согласно данным института изучения экологии и энергетики Environmental and Energy Study Institute. Количество рабочих мест в секторе солнечной энергии может быть разным в разных штатах США. Например, в Северной Дакоте зафиксировано 211 вакансий, связанных с солнечной энергией, а в Техасе — более 10000 согласно данным ассоциации Solar Energy Industries Association (SEIA). Тем не менее, сектор солнечной энергетики состоит из инженеров, исследователей, операторов солнечных установок, установщиков оборудования и множества других специалистов по всей стране.
Компании также начинают присматриваться к солнечной энергии и другим возобновляемым источникам. Крупные технические компании объявили о запуске инициатив в области социальной ответственности и поставили цели по защите окружающей среды. Например, к 2030 г. корпорация Майкрософт пообещала выйти в плюс с точки зрения расхода воды и уйти в минус с точки зрения углеродного следа. Потребители начинают уделять все больше внимания теме корпоративной социальной ответственности, поэтому ожидается, что в ближайшем будущем все больше организаций разработают политики в отношении своих обязательств по обеспечению устойчивого развития.
Ускорьте свой путь к устойчивому развитию
Решения Microsoft Cloud for Sustainability позволят вам ускорить переход к нулевым выбросам и трансформировать работу своей организации с помощью инструментов для контроля экологической и социальной ответственности (ESG).
Вопросы и ответы
- Солнечная энергия — это энергия Солнца, которую можно преобразовать в электричество. Это возобновляемый источник энергии, то есть, он может восполняться и не истощится после одного использования. Солнечная энергия может применяться в разных сферах и использоваться для снабжения энергией зданий, нагрева воды, зарядки электронных приборов и устройств и многого другого. Солнечной энергию также называют солнечной мощностью или солнечным излучением. Подробнее >
- Солнечную энергию можно использовать как в бытовых, так и в коммерческих целях. Например, на бытовом уровне с помощью этой энергии можно отапливать и охлаждать дома. Некоторые компании используют солнечную энергию в своих офисах, на фабриках или на фермах. Кроме того, правительство может использовать солнечную энергию для энергоснабжения общественных мест и объектов, таких как фонари, автостоянки, транспортные средства и учебные заведения.
-
Использование солнечной энергии имеет целый ряд преимуществ. Помимо того, что солнечная энергия доступна в избытке и является возобновляемой, она также уменьшает наш общий объем потребления углерода, так как сама по себе генерация солнечной энергии не дает никаких выбросов. Кроме того, солнечная энергия может быть экономически эффективной. Например, технологические усовершенствования позволяют постепенно снижать стоимость солнечных электросистем, и со временем эти системы могут обеспечить значительную экономию на ЖКХ. Более того, использование солнечной энергии можно масштабировать, применяя ее для снабжения как одного дома, так и целого сообщества. Наконец, системы солнечной энергии можно установить практически в любом месте, даже в удаленных областях. Это означает, что энергоснабжение можно обеспечить даже там, где нет доступа к электроэнергии.
- Во-первых, существуют три основные технологии использования солнечной энергии: фотовольтаические (ФВ) панели, концентрированная солнечная энергия (КСЭ) и нагрев и охлаждение с использованием солнечной энергии. После получения солнечной энергии вам потребуется несколько основных компонентов для ее хранения: батареи, солнечные панели, подпанели критической нагрузки и инверторы. Далее, существуют три способа хранения солнечной энергии: аккумулятор, механические хранилища и термальные хранилища. В зависимости от ваших нужд и области применения солнечной энергии (например, для питания загородного дома площадью 1200 кв. ф или большого помещения, не подключенного к электричеству) процесс может отличаться.
- Первоначальные затраты на установку в США могут варьироваться в диапазоне от 10000 до 25000 USD для жилого дома — для многих потребителей это немалая сумма. Однако в некоторых странах есть государственные программы, которые помогут вам сократить затраты, связанные с переходом на солнечную энергию. Например, в рамках таких программ могут предоставляться ресурсы по строительству экономичной системы или варианты получения налоговых вычетов. Потребуется время (около десяти лет), но, в конечном итоге, вы окупите затраты на систему солнечных панелей и получите экономию в виде сниженных счетов за электричество. В зависимости от таких факторов, как стоимость солнечной энергосистемы и размер вашего помещения, экономия может составить от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов в год.
- Солнечная энергия — это один из наиболее экологичных видов энергии, доступных на сегодняшний день. Она не только доступна в избытке и является возобновляемой — ведь солнце круглый год обеспечивает достаточно энергии для удовлетворения нашего текущего глобального энергопотребления — ее еще и можно генерировать в больших объемах. При генерации солнечной энергии не производится никаких выбросов газа, требуется минимальные затраты на обслуживание после установки солнечных панелей и обеспечивается энергоснабжение без риска загрязнения воды или воздуха.