Napenergia generáció

A napenergia-termelés az alternatív energia  egyik iránya , amely a napenergiából történő elektromos energia vételén alapul . A napenergia előállítását a napfény elektromos árammá alakításával végzik , mind közvetlenül fotovoltaikus eszközök ( fotovoltaikus ), mind közvetetten koncentrált napenergia ( naphőenergia ) felhasználásával. A napenergia koncentrálására szolgáló rendszerek lencséket vagy tükröket használnak , valamint olyan nyomkövető rendszerek, amelyek lehetővé teszik, hogy az eszköz maximalizálja a napfényfolt területét. A fotokonverterek a napfényt fotoelektromos effektussal elektromos árammá alakítják [1] .

A napenergia-termelés az elektromos áram előállításának egyik módja, amelynek előnye, hogy működés közben nincs káros kibocsátás [2] .

2020-ban a Föld összes működő napelemének teljes beépített kapacitása 760 GW volt . [3] 2019-ben a Föld összes működő napelemének teljes beépített kapacitása 635 GW volt . [4] 2019-ben a Földön működő napelemek termelték a világ elektromos áramának 2,7%-át. [5]

A tudományos kutatás irányai

Alapkutatás

Alkalmazott kutatás

Környezetvédelmi kérdések

A fotocellák gyártása során a szennyezés mértéke nem haladja meg a mikroelektronikai ipari vállalkozások számára megengedett mértéket. A modern napelemek élettartama 30-50 év. A vegyületekben megkötött kadmium felhasználása egyes fotovoltaikus cellák gyártása során a konverziós hatékonyság növelése érdekében felveti azok ártalmatlanításának nehéz kérdését , amelyre szintén nincs még környezetvédelmi szempontból elfogadható megoldás, bár az ilyen elemeknek kevés a haszna. és a kadmiumvegyületek a modern gyártásban már találtak megfelelő helyettesítőt.

A közelmúltban aktívan fejlesztették a vékonyrétegű fotocellák gyártását, amelyek csak körülbelül 1% szilíciumot tartalmaznak , a vékony filmeket felhordott hordozó tömegéhez viszonyítva. Az elnyelőréteg alacsony anyagfelhasználása miatt itt a szilícium, vékonyréteg-szilícium fotocellák gyártása olcsóbb, de eddig alacsonyabb hatásfokkal és idővel helyrehozhatatlanul romlanak a tulajdonságok. Emellett fejlődik az egyéb félvezető anyagokon alapuló vékonyfilmes fotovoltaikus cellák gyártása is, különösen a Smig , amely méltó versenytársa a szilíciumnak. Például 2005-ben a Shell úgy döntött, hogy a vékonyréteg-cellák gyártására összpontosít, és eladta monokristályos (nem vékonyrétegű) szilícium fotovoltaikus üzletágát.

A szoláris koncentrátorok nagy területeken árnyékolják a talajt, ami a talajviszonyok, a növényzet stb. erős változásához vezet. Az állomás területén egy nemkívánatos környezeti hatás a levegő felmelegedését okozza, amikor a napsugárzás áthalad rajta, koncentrálva tükörreflektorok. Ez a hőegyensúly, a páratartalom, a szélirány megváltozásához vezet; egyes esetekben a hubokat használó rendszerek túlmelegedhetnek és meggyulladhatnak, ennek minden következményével együtt. Az alacsony forráspontú folyadékok használata és elkerülhetetlen szivárgása a napenergiás rendszerekben a hosszú távú működés során az ivóvíz jelentős szennyeződéséhez vezethet. Különösen veszélyesek a kromátokat és nitriteket tartalmazó folyadékok, amelyek erősen mérgező anyagok.

Ways

A napsugárzásból villamos energia előállításának módjai:

Fejlesztés

Éves villamosenergia-termelés a világon az SPP-nél
Év Energia TWh Éves növekedés Részesedés mindenből
2004 2.6 0,01%
2005 3.7 42% 0,02%
2006 5.0 35% 0,03%
2007 6.8 36% 0,03%
2008 11.4 68% 0,06%
2009 19.3 69% 0,10%
2010 31.4 63% 0,15%
2011 60.6 93% 0,27%
2012 96.7 60% 0,43%
2013 134,5 39% 0,58%
2014 185,9 38% 0,79%
2015 253,0 36% 1,05%
2016 301,0 33% 1,3%
Forrás – BP Statistical Review of World Energy, 2015-2017 [8] [9]

1985-ben a világ teljes beépített kapacitása 0,021 GW volt.

2005-ben a világ fotovoltaikus elemeinek termelése 1656 GW volt.

2010 elején a fotovoltaikus napenergia teljes globális kapacitása a globális villamosenergia-termelésnek csak körülbelül 0,1%-a volt [10] .

2012-ben a világ naperőműveinek összkapacitása 31 GW-tal nőtt, meghaladva a 100 GW-ot.

A legnagyobb napelemgyártók 2012-ben [11] :

  1. Yingli  - 2300 MW
  2. Első napelem  - 1800 MW
  3. Trina Solar  - 1600 MW
  4. Kanadai napelem  - 1550 MW
  5. Suntech  - 1500 MW
  6. Sharp  - 1050 MW
  7. Jinko Solar  - 900 MW
  8. SunPower  - 850 MW
  9. REC csoport  - 750 MW
  10. Hanwha SolarOne  - 750 MW

2013-ban 39 GW fotovoltaikus kapacitást telepítettek világszerte. Ennek eredményeként a fotovoltaikus berendezések teljes kapacitását 2014 elején 139 GW-ra becsülték [12] .

A beépített kapacitás tekintetében az Európai Unió [13] a vezető, az egyes országok között - Kína: 2017 januárjától szeptemberig 42 GW új fotovoltaikus termelő létesítményeket [14] helyeztek üzembe az országban . Az egy főre jutó összkapacitás tekintetében Németország az élen.

A napenergia elterjedése

2010-ben Spanyolország elektromos áramának 2,7%-a származott napenergiából [15] .

2011-ben Olaszország villamos energiájának körülbelül 3%-a származott fotovoltaikus berendezésekből [16] .

2011 decemberében Ukrajnában befejeződött az utolsó, ötödik, 20 megawattos perovoi napelempark építése, melynek eredményeként a teljes beépített kapacitása 100 MW-ra nőtt [17] . Az öt fázisból álló Perovo napelempark beépített kapacitását tekintve a világ legnagyobb parkjává vált. Ezt követi a kanadai Sarnia (97 MW), az olasz Montalto di Castro (84,2 MW) és a német Finsterwalde (80,7 MW) erőmű. Bezárja a világ öt legnagyobb fotovoltaikus parkját – a 80 megawattos „ Ohotnikovo ” erőművet a krími Saki régióban [18] .

2018-ban Szaúd-Arábia bejelentette, hogy megépíti a világ legnagyobb, 200 GW teljesítményű naperőművét [19] .

2018-ban az EU összes fotovoltaikus naperőművének teljesítménye 115 GW volt, ezek termelték az összes villamos energia 5%-át. 2019-ben további 17 GW-tal nőtt a kapacitásuk. A napelemek árai 2010-ről 2020-ra csökkentek. több mint négyszer. [húsz]

Állások

2011 közepén Németországban a fotovoltaikus ipar több mint 100 000 embert foglalkoztatott. Az USA-ban 93,5 ezer ember dolgozott a napenergiában [21] .

A napenergia kilátásai

A világon az energia éves növekedése az elmúlt öt évben átlagosan körülbelül 50% volt [22] . A napsugárzásból nyert energia feltételezhetően 2050 -re az emberiség villamosenergia-szükségletének 20-25%-át fogja biztosítani, és csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást. A Nemzetközi Energia Ügynökség ( IEA ) szakértői szerint a napenergia 40 éven belül a fejlett technológiák megfelelő szintű elterjesztése mellett mintegy 9 ezer terawattórát - vagyis az összes szükséges villamos energia 20-25%-át - termel majd, és ez évi 6 milliárd tonnával csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást [10] .

Az, hogy 2050-re milyen százalékban elégítik ki az emberiség szükségleteit a naperőművektől kapott villamos energiával, egy kulcsrakész naperőmű telepítése és a globális energiarendszer fejlesztése során felmerülő 1 kWh költség, valamint más energiaforrások viszonylagos vonzereje. villamosenergia-termelés módjai. Hipotetikusan ez 1% és 80% között lehet. Ebben a tartományban az egyik szám pontosan megegyezik az igazsággal.

Egy naperőmű energiamegtérülése jóval kevesebb, mint 30 év. Az USA-ban az évi 1700 kWh/m² átlagos napsugárzási teljesítmény mellett egy 12%-os hatásfokú polikristályos szilícium modul energiamegtérülése kevesebb, mint 4 év (2011. januári adatok) [23] .

A magas költségek miatt romlanak a kilátások arra, hogy a napfényt villamosenergia-termelésre használják fel. Például az Aiwonpa CHPP négyszer többe kerül, és sokkal kevesebb áramot termel, mint a gáztüzelésű erőművek. Szakértők szerint a jövőben az ezen az állomáson megtermelt villamos energia kétszer annyiba kerül, mint a hagyományos energiaforrásokból nyert áram, és a költségek nyilvánvalóan a fogyasztókra hárulnak [24] .

Oroszországban továbbra is bizonytalanok a napenergia fejlesztésének kilátásai, az ország sokszorosan elmarad az európai országok termelési szintjétől. A napenergia-termelés részesedése a teljes energiamérlegben kevesebb, mint 0,001%. 2020-ig mintegy 1,5-2 GW kapacitás üzembe helyezését tervezik. A napelemes termelés összkapacitása ezerszeresére nőhet, de az energiamérlegben 1% alatt lesz. Az Oroszországi Napenergia Szövetség igazgatója, Anton Usachev az Altaj Köztársaságot , a Belgorod régiót és a Krasznodari területet nevezi meg a napenergia szempontjából legfejlettebb régióknak. A jövőben a tervek szerint a létesítményeket az elektromos hálózatoktól elzárt területeken helyezik el [22] .

A fotovoltaikus cellák típusai

Szilárdtest

Jelenleg a napelemek három generációját szokás megkülönböztetni [25] :

2005 - ben a vékonyrétegű napelemek a piac 6%-át tették ki. 2006 - ban a vékonyrétegű napelemek a piaci részesedés 7%-át tették ki. 2007- ben a vékonyréteg-technológiák részaránya 8%-ra nőtt. 2009-ben a vékonyrétegű napelemek aránya 16,8%-ra nőtt [26] .

Az 1999 és 2006 közötti időszakban a vékonyrétegű napelemek kínálata évente átlagosan 80%-kal nőtt.

Nanoantennák

Az utóbbi időben előrelépés történt a nanoantennákon alapuló napelemek létrehozása terén, amelyek a fénysugárzás elektromágneses energiáját közvetlenül elektromos árammá alakítják át. A nanoantennák ígérete magas elméleti hatékonyságuknak (akár 85%) és potenciálisan alacsonyabb költségüknek köszönhető [27] .

Napenergia szállítás

A fotovoltaikus cellák különféle járművekre telepíthetők: csónakokra, elektromos és hibrid járművekre , repülőgépekre, léghajókra stb.

A fotovoltaikus cellák villamos energiát termelnek, amelyet a jármű fedélzeti áramellátására, vagy elektromos járművek elektromos motorjára használnak fel.

Olaszországban és Japánban fotovoltaikus cellákat szerelnek fel a vasúti vonatok tetejére. Áramot termelnek klímaberendezésekhez, világításhoz és vészhelyzeti rendszerekhez.

A Solatec LLC vékonyrétegű fotovoltaikus cellákat értékesít a Toyota Prius hibrid jármű tetejére . A vékonyrétegű fotocellák 0,6 mm vastagok, ami nem befolyásolja az autó aerodinamikáját. A fotocellákat az akkumulátorok töltésére tervezték, ami lehetővé teszi az autó futásteljesítményének 10%-os növelését.

1981 -ben Paul Beattie MacCready pilóta csak napenergiával hajtott Solar Challengerrel repült , 258 kilométeres távolságot tett meg 48 km/h sebességgel [28] . 2010 -ben a Solar Impulse napelemes emberes repülőgép 24 órán át a levegőben maradt. A hadsereget nagyon érdeklik a napenergiával hajtott pilóta nélküli légi járművek ( UAV ), amelyek rendkívül hosszú ideig, hónapokig és évekig képesek a levegőben maradni. Az ilyen rendszerek helyettesíthetik vagy kiegészíthetik a műholdakat.

Lásd még

Jegyzetek

  1. Energiaforrások:  Napenergia . Energiaügyi Minisztérium . energia.gov. Letöltve: 2015. április 2. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 3..
  2. Fomicseva, Anasztázia. „A napenergia-termelés növekedni fog” – Sari Baldauf, a Fortum Energy Holding igazgatótanácsának elnöke . Vedomosti (2013. december 3.). Letöltve: 2015. április 3. Az eredetiből archiválva : 2015. április 7..
  3. Forrás . Letöltve: 2021. augusztus 12. Az eredetiből archiválva : 2021. június 15.
  4. FOTÓVOLTAI JELENTÉS 4. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (2020. szeptember 16.). Letöltve: 2021. július 15. Az eredetiből archiválva : 2014. augusztus 9..
  5. BP Global: Napenergia . Letöltve: 2018. április 5. Az eredetiből archiválva : 2018. december 6..
  6. Fotovoltaikus földrajzi információs rendszer (PVGIS)
  7. Philip Wolfe. Napelemes fotovoltaikus projektek a fő árampiacon // Oxford: Routledge. - 2012. - S. 240 . — ISSN 978-0-415-52048-5 .
  8. BP Statistical Review of World Energy, 2015. június, Renewables rovat , BP  (2015. június). Archiválva az eredetiből 2015. július 7-én. Letöltve: 2017. február 7.
  9. World Energy Organization Statistical Review 2017 , BP  (2017. június). Az eredetiből archiválva: 2018. december 6. Letöltve: 2018. április 5.
  10. 1 2 BFM.RU A napelemes technológiák a villamos energia negyedét biztosítják.
  11. A nap grafikonja: A világ tíz legjobb napelem-szállítója. 2013. április 15. // RE neweconomy
  12. Forrás . Letöltve: 2017. február 7. Az eredetiből archiválva : 2020. november 12.
  13. Gero Ryuter, Andrej Gurkov. Napenergia világ: A vízválasztó év . Deutsche Welle (2013. május 29.). Letöltve: 2013. június 15. Az eredetiből archiválva : 2013. június 19.
  14. Vlagyimir Sidorovics . Több mint 50 GW naperőművet állítanak üzembe Kínában ebben az évben , RenEnben  (2017. október 17-én). Az eredetiből archiválva : 2020. szeptember 20. Letöltve: 2020. május 4.
  15. Paul Gipe Spanyolország 2010-ben napenergiával termelte villamos energiájának 3%-át 2011. január 28 . Hozzáférés dátuma: 2017. február 7. Az eredetiből archiválva : 2014. december 29.
  16. Paul Gipe Olaszország 7000 MW-nyi telepített napelemes PV-t enged át 2011. július 22 . Letöltve: 2017. február 7. Az eredetiből archiválva : 2014. július 15.
  17. Az Activ Solar megépítette a világ legnagyobb naperőművét a Krím-félszigeten (hozzáférhetetlen link) . Hozzáférés időpontja: 2017. február 7. Az eredetiből archiválva : 2013. június 19. 
  18. Az Activ Solar növelte az "Okhotnikovo" és a "Perovo" - UA Energy SPP kapacitását . www.uaenergy.com.ua Letöltve: 2017. október 11. Az eredetiből archiválva : 2017. október 11..
  19. Deutsche Welle 2018.03.30 . Szaúd-Arábia napelemekre cseréli az olajat Archiválva : 2018. április 3. a Wayback Machine -nél
  20. Gero Ruther, Vera Sosenkova Segít-e az EU szoláris fellendülése megfékezni a klímaváltozást? Archiválva : 2020. február 16. a Wayback Machine -nél // Deutsche Welle , 2020.02.11.
  21. Stephen Lacey Green Jobs valós: a német és az amerikai napenergia-ipar is több embert foglalkoztat, mint az amerikai acélgyártás 2011. június 17 . Hozzáférés dátuma: 2017. február 7. Az eredetiből archiválva : 2013. június 17.
  22. 1 2 Dmitrij Nyikityin. Nehéz út a naphoz: a napenergia felmelegíti Oroszországot . RBC (2013. június 17.). Letöltve: 2013. június 15. Az eredetiből archiválva : 2013. június 20.
  23. A fotovoltaikus energia megtérülése (hun) . Letöltve: 2017. február 7. Az eredetiből archiválva : 2011. május 14.
  24. Cassandra Sweet (fordította: Alekszej Nevelszkij). Egy óriás naperőmű Kaliforniában pusztítja a madarakat. . A 2,2 milliárd dolláros szoláris hőerőmű lehet az utolsó ilyen projekt: 540 Celsius-fokra melegíti fel a levegőt, a szabályozók és a biológusok úgy vélik, ez az oka több tucat madár pusztulásának . Vedomosti , fordították a The Wall Street Journal -ból (2014. február 13.) . Letöltve: 2016. június 6. Az eredetiből archiválva : 2016. szeptember 4..
  25. IAA Cleandex - Oroszország és Ukrajna. Fotovoltaikus Piaci Szemle 2011 . Letöltve: 2017. január 12. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 23..
  26. Top 10: Tíz legnagyobb napelemes PV vállalat 2010. június 29 . Letöltve: 2017. január 12. Az eredetiből archiválva : 2014. december 21..
  27. Krasnok A E, Maksimov I S, Denisyuk A I, Belov P A, Miroshnichenko A E, Simovsky K R, Kivshar Yu S. Optical nanoantennas  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Orosz Tudományos Akadémia , 2013. - T. 183 , 6. sz . - S. 561-589 . - doi : 10.3367/UFNr.0183.201306a.0561 . Archiválva az eredetiből: 2020. augusztus 13.
  28. Az év Britannica könyve 2008 Archiválva 2017. január 13-án a Wayback Machine -nél : "MacCready, Paul Beattie", 140. oldal

Irodalom

Linkek