Енергетика Сонця. Космічні сонячні електростанції

Сумарна сонячна  радіація - сукупність прямої і розсіяної  сонячної радіації, що надходить у  природних умовах на земну поверхню. Вона залежить від географічної широти, висоти над рівнем моря, прозорості атмосфери і хмарності. У гірських районах розподіл сонячної радіації дуже складний, тому що її величина визначається також ще експозицією і крутістю схилів. Розподіл сумарної радіації представлено для рівнин і передгір'їв з абсолютними висотами до 600 м.

На всій території, крім деяких районів Середньої Азії, півдня Східного Сибіру і Далекого Сходу, узимку переважає розсіяна радіація, улітку - пряма сонячна радіація. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Карта розподілу  сумарної сонячної радіації в січні  місяці на території СНД дає інформацію про кількість енергії, що досягає  поверхні грунту в найхолодніший  період року. 
 
 
 
 
 

Карта розподілу  сумарної сонячної радіації в липні  місяці на території СНД дає інформацію про кількість енергії, що досягає поверхні грунту в найтепліший період року. 

Карта розподілу  сумарної сонячної радіації в січні  місяці на території України.

Червоними лініями з цифрами позначені  ізолінії сумарної сонячної радіації в МДж/кв.м. 
 
 

Карта розподілу  сумарної сонячної радіації в липні  місяці на території України.

Червоними лініями з цифрами позначені  ізолінії сумарної сонячної радіації в МДж/кв.м. 
 
 
 
 

Розрахунок  сонячного енергетичного  потенціалу України

Таблиця 1

 

Таблиця 2

* Дані наведені згідно зі Справочником по физике и технике. Москва, Просвещение, 1989

Таблиця 3

 

     На територію України за рік падає така кількість енергії сонця, яка переважає нинішній рівень її споживання більше чим в пятсот разів. Тобто, достатньо використовувати лише 0,5% енергії сонця, яка досягає поверхні України, щоб задовольнити енергетичні потреби українців 
 

Значення  і перспективи  реалізації проектів по організації виробництва  сонячних батарей  в Україні

     В даний час у світі визнається один дефіцит - дефіцит енергії. Зростання  добробуту країн, що розвиваються, а, отже, збільшення споживання енергії  до рівня використання її в розвинутих країнах неминуче веде до зростання  цін на традиційні копалини - нафту, газ, вугілля і до дуже швидкого виснаження наявних запасів.

     Виробництво сонячних батарей у світі хоча і набуло високу динаміку, але ці обсяги не настільки значні, щоб  скласти реальну конкуренцію  відомим способам генерування енергії.

     Світова громадськість, розуміючи реальність загрози глобального потепління, вживає рішучих заходів по скороченню викиду в атмосферу продуктів згоряння викопного палива. Кожна країна протягом наступних ряду років зобов'язана знизити викиди в атмосферу. Протягом двох тижнів наприкінці 2000 року більш 180 держав, що взяли участь у Шостій конференції держав з питань охорони клімату в Гаазі, обговорювали методи подолання потепління на земній кулі.

     Відомо  багато прикладів успішного використання альтернативних екологічно чистих джерел енергії для виробництва тепла, електрики, виконання механічної роботи. Це - вітроенергетика, сонячні теплові колектори, сонячні батареї.

     Анонсований у червні 1997, проект Мільйон Сонячних Дахів (MSRI) - ініціатива по установці систем сонячної енергії на одному мільйоні споруд США до 2010 року. Ініціатива включає два типи сонячної технології: сонячні електричні системи (чи photovoltaics), що виробляють електрику від сонячного світла і сонячні теплові системи, що вироблять теплоту для одержання гарячої води, опалення приміщень, чи нагрівають воду в басейнах.  
Міністерство енергетики США через свої Регіональні Офіси зосереджує зусилля на національній і локальній участі будівельної промисловості, інших федеральних агентств, локальних і урядових організацій, постачальників комунальних послуг, виробників і постачальників енергетичних послуг, промисловості сонячної енергії, банківських установ і неурядових організацій, щоб усунути ринкові бар'єри до широкого використання сонячної енергії.

     Ініціатива Мільйон Сонячних Дахів не направляє чи керує діями держави й учасників програми, і при цьому не забезпечує фінансуванням, щоб проектувати, купувати чи встановлювати системи сонячної енергії. Замість цього, Ініціатива Мільйон Сонячних Дахів з'єднує можливості Федерального уряду з ключовими національними підприємцями й організаціями і фокусує їх на створенні стійкого ринку для використання сонячної енергії на спорудах.

      
Ініціатива Мільйон Сонячних Дахів спрямована на:

• Скорочення виділень, зв'язаних з генерацією енергії. У 2010 році мільйон установлених сонячних дахів на спорудах дозволить знизити виділення двоокису вуглецю в еквіваленті виділень від 850000 автомобілів.
• Створення високо - технічних будинків. У 2010 році приблизно 70000 нових споруд будуть створені в результаті збільшеного попиту на фотоелектричну, сонячну гарячу воду, і зв'язані системи сонячної енергії.
• Збереження конкурентноздатної промисловості сонячної енергії США. Підбадьорюючи більш широкий внутрішній ринок для сонячної енергії, Ініціатива зможе допомогти компаніям США відновити їхню конкурентноздатність на світовому ринку.

У 2005 році, фотоелектричний ринок один, як очікується, перевищить 1.5 $ мільярдів в усьому світі.

У журналі "Німеччина" №6/2000 грудень/січень українською мовою на стор. 6 федеральний міністр екології Ю.Триттин говорить про програму "Фотовольтаїка на 100 тисяч дахів". Мова йде про програму, вартість якої можна оцінити в 2 мільярди доларів США. До цього було відомо тільки про дві програми "1000 дахів" у західних і східних землях

На шляху розширення частки виробництва енергії екологічно чистими джерелами стояли завжди і будуть стояти в майбутньому  так звані "закриваючі технології". Могутні ядерні, вугільні, газові, нафтові  корпорації роблять і будуть робити все, щоб зберегти свої позиції. А мова йде про трильйони доларів.

     На  прикладі міста Нью-Йорка можна  показати які реальні можливості сонячної енергетики. На територію  Нью-Йорка надходить сонячної енергії  в два рази більше, ніж її використовується в цьому ж місті на сьогоднішній день.

У світі існують  ряд тенденцій у розвитку енергетичної галузі, серед яких дві головні - зменшення негативного впливу на навколишнє середовище і децентралізація  енергозабезпечення, без якого важко  уявити подальшу демократизацію будь-якого суспільства. Розвиток джерел електричної енергії, що перетворюють безпосередньо енергію сонячного випромінювання в електричний струм, відповідає самим високим вимогам.  
Основний контраргумент противників - це відносно висока ціна цієї енергії. Але якщо мати на увазі динаміку цін на електроенергію, що виробляється в результаті спалювання палива, чи атомними електростанціями, а також додати не калькульований потенціал загрози навколишньому середовищу і людям від такого виробництва і порівняти з динамікою цін на електроенергію, що виробляється сонячними батареями, то порівняння на користь сонячних батарей. 
 

Альтернативні види електростанцій

     Зростання масштабів використання електричної  енергії, загострення проблем охорони навколишнього середовища значно активізували пошуки екологічно чистіших способів вироблення електричної енергії. Інтенсивно розробляються способи використання непаливної відновлюваної енергії — сонячної, вітряної, геотермальної, енергії хвиль, припливів і відпливів, енергії біогазу тощо. Джерела цих видів енергії — невичерпні, але потрібно розумно оцінити, чи зможуть вони задовольнити усі потреби людства.

     Новітні дослідження направлені переважно на вироблення електричної енергії за рахунок енергії вітру. Споруджуються ВЕС переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить у рух динамо-машину — генератор електричного струму, який одночасно заряджає паралельно з'єднані акумулятори.

     Сьогодні  вітроелектричні агрегати надійно  забезпечують струмом нафтовиків; вони успішно працюють у важкодоступних районах, на далеких островах, в Арктиці, на тисячах \сільськогосподарських ферм, де немає поблизу великих населених пунктів і електростанцій загального користування. Широкому застосуванню вітроелектричних. Агрегатів у звичайних умовах поки що перешкоджає їх висока собівартість. При використанні вітру виникає серйозна проблема: надлишок енергії у вітряну погоду і нестача її в період безвітря. Використання енергії вітру ускладнюється тим, що вітер має малу густину енергії, а також змінюється його сила і напрям. Вітроустановки здебільшого використовують у тих місцях, де добрий вітровий режим. Для створення вітроустановок великої потужності необхідно, щоб вітродвигун мав великі розміри, крім того, повітряний гвинт треба підняти на достатню висоту, оскільки на більшій висоті вітер більш сталий і має більшу швидкість. Лише одна електростанція, що працює на органічному паливі, може замінити (за кількістю виробленої енергії) тисячі вітрових турбін.

     Віками  люди роздумували над причиною морських припливів і відпливів. Сьогодні ми достовірно знаємо, що могутнє природне явище — ритмічний рух морських вод викликають сили тяжіння Місяця і Сонця. Енергія припливів величезна, її сумарна потужність на Землі становить близько 1 млрд. кВт, що більше за сумарну потужність усіх річок світу.

     Принцип дії припливних електростанцій дуже простий. Під час припливу вода, обертаючи  ротор гідротурбіни, заповнює водоймище, а після відпливу вона з водоймища  виходить в океан, знову обертаючи ротор турбіни. Головне — знайти зручне місце для встановлення греблі, в якому висота припливу була б значною. Будівництво й експлуатація електростанцій на морі - складне завдання. Морська вода спричиняє корозію більшості металів, деталі установок обростають водоростями.