A napenergia az alternatív energia iránya , amely a napsugárzás közvetlen felhasználásán alapul bármilyen formában energia előállítására . A napenergia megújuló energiaforrást használ [1] , és "környezetbarát", azaz nem termel káros hulladékot a felhasználás aktív szakaszában [2] . A naperőművekkel történő energiatermelés jól illeszkedik az elosztott energiatermelés koncepciójához . Naphőenergia - a napsugarakat elnyelő felület felmelegítése, majd a hő elosztása és felhasználása (a napsugárzás fókuszálása egy edényre vízzel vagy sóval, hogy a felmelegített vizet később fűtésre, melegvízellátásra vagy gőzfejlesztőkben használják fel) . A szoláris hőenergia állomások speciális típusaként szokás kiemelni a koncentráló típusú napelemes rendszereket (CSP - Concentrated solar power). Ezekben az installációkban a napsugarak energiáját egy lencsékből és tükrökből álló rendszer segítségével koncentrált fénysugárba fókuszálják. Ezt a gerendát hőenergia-forrásként használják a munkaközeg melegítésére. 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 sugárzási fluxusra merőlegesen, a Nap középpontjától egy csillagászati egységnyi távolságban ( a Föld légkörének bejáratánál ) lévő 1 m²-es területen áthaladó napsugárzás 1367 W / m² ( szoláris állandó ). Az abszorpció miatt a Föld légköri tömegének áthaladása során a napsugárzás maximális fluxusa a tengerszinten (az Egyenlítőn) 1020 W / m². Az egyetlen vízszintes területen áthaladó napsugárzási fluxus napi átlagos értéke azonban legalább π - szer kisebb (a nappal és az éjszaka változása, valamint a Nap horizont feletti szögének változása miatt). Télen a mérsékelt övi szélességeken ez az érték kétszer kisebb.
Az esetleges energiatermelés csökken a globális elsötétülés – a Föld felszínét érő napsugárzás áramlásának csökkenése – miatt.
| Éves villamosenergia-termelés a világon az SPP-nél | |||
|---|---|---|---|
| Év | Energia GWh | 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 [7] [8] [9] | |||
1985-ben a világ teljes beépített kapacitása 0,021 GW volt.
2005-ben a világ napelem-termelése 1,656 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] :
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 a vezető az Európai Unió [13] , az egyes országok között - Kína. Az egy főre jutó összkapacitás tekintetében Németország az élen.
2010-ben Spanyolország elektromos áramának 2,7%-a napenergiából származott [14] .
2011-ben Olaszország villamos energiájának körülbelül 3%-a származott fotovoltaikus berendezésekből [15] .
2011 decemberében Ukrajna befejezte az utolsó, ötödik, 20 megawattos napelempark építését Perovoban , melynek eredményeként teljes beépített kapacitása 100 MW-ra nőtt [16] . Az öt fázisból álló Perovo napelempark a világ legnagyobb parkjává vált beépített kapacitását tekintve. Ezt követi a kanadai Sarnia (97 MW), az olasz Montalto di Castro (84,2 MW) és a német Finsterwalde (80,7 MW) erőmű. A világ öt legnagyobb fotovoltaikus parkja közé tartozik a 80 megawattos Ohotnikovo erőmű a krími Saki régióban.
2018-ban Szaúd-Arábia bejelentette, hogy megépíti a világ legnagyobb, 200 GW teljesítményű naperőművét [17] .
2011 közepén Németországban a fotovoltaikus ipar több mint 100 000 embert foglalkoztatott. Az USA-ban 93,5 ezren dolgoztak a napenergiában [18] .
A világon az energia éves növekedése az elmúlt öt évben átlagosan körülbelül 50% volt [19] . 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] .
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 előállított villamos energia kétszer annyiba kerül majd, mint a hagyományos energiaforrásokból nyert áram, és a költségek nyilvánvalóan a fogyasztókra hárulnak [20] .
Az előrejelzések szerint azonban a naperőművek villamosenergia-termelésének költsége 2020-ra a fosszilis tüzelőanyaggal történő termelés költségeire csökken, és a naperőművek használatára való átállás gazdaságilag életképessé válik [21] .
Alacsony hatásfokuk miatt, amely legfeljebb 30 százalékot ér el, a napelemek nagyon felforrósodnak. A napfényenergia fennmaradó 70 százaléka körülbelül 50-70 °C átlaghőmérsékletre melegíti fel a napelemeket. [22] .
A napelemes napelemek tipikus költségtényezői közé tartozik a modulok költsége, az elhelyezésükre szolgáló szerkezetek, a vezetékek, az inverterek, a munka költsége, az esetlegesen szükséges földterület, a hálózati csatlakozás, a karbantartás és a napsugárzás mértéke. hogy a naperőmű elhelyezi.
A fotovoltaikus rendszerek nem használnak üzemanyagot, és a modulok élettartama általában 25-40 év. Így a kezdeti tőke és pénzügyi költségek a napenergia költségének 80-90%-át teszik ki [23] .
A nagy teljesítményű napelem modulok ára az idő múlásával jelentősen csökkent. Az Egyesült Államokban 1982-től kezdődően a kW-onkénti költség körülbelül 27 000 USD volt, 2006-ban pedig körülbelül 4 000 USD-ra csökkent. Egy fotovoltaikus rendszer 1992-ben körülbelül 16 000 USD/kW-ba került, 2008-ban azonban körülbelül 6 000 USD/kW-ra csökkent [24] .
Az Egyesült Államokban 2021-ben a lakossági napenergia wattonként 2 és 4 dollár között volt (de a napelemes tetőcserepek sokkal drágábbak voltak) [25] , a közüzemi napelem berendezések pedig körülbelül 1 dollárba kerültek wattonként [26] .
A napenergia termelékenysége a régióban a napsugárzástól függ, amely a nap és az év során változik, és függ a szélességtől és az éghajlattól. A fotovoltaikus rendszer teljesítménye a környezeti hőmérséklettől, a szélsebességtől, a napsugárzás spektrumától, a helyi szennyezési feltételektől és egyéb tényezőktől is függ.
A szárazföldi szélenergia általában a legolcsóbb villamosenergia-forrás Észak- Eurázsiában , Kanadában , az Egyesült Államok egyes részein és Argentínában Patagóniában , míg a világ más részein többnyire napenergiát használnak (vagy ritkábban a szél-, nap- és egyéb energiaforrások kombinációját). alacsony szén-dioxid-tartalmú [27] .
A legmagasabb éves napsugárzással rendelkező helyek a száraz trópusokon és a szubtrópusokon találhatók. Az alacsony szélességi körökön elhelyezkedő sivatagokban általában kevés a felhő, és naponta több mint tíz órán keresztül érhetik a napfényt [28] . [29]
A napfény segítségével napközben megvilágíthatja a helyiségeket. Ehhez könnyű kutakat használnak . A világítókút legegyszerűbb változata egy lyuk a jurta mennyezetén . A fénylámpás ablakokkal nem rendelkező helyiségek megvilágítására szolgál: mélygarázsok, metróállomások, ipari épületek, raktárak, börtönök stb. Egy 300 mm átmérőjű világítókút 8 m² terület megvilágítására alkalmas. Egy kút lehetővé teszi az európai viszonyok között akár évi 7,4 tonna CO 2 légkörbe történő kibocsátását is . Az USA -ban 2004 - ben fejlesztették ki a száloptikával ellátott világítókutakat . Az ilyen kút felső részében parabolagyűjtőket használnak . A napelemes kutak alkalmazása lehetővé teszi az áramfogyasztás csökkentését, télen pedig az épületben tartózkodók napfényhiányának csökkentését [30] .
A napenergiát széles körben használják vízmelegítésre és villamosenergia-termelésre egyaránt. A napkollektorok rendelkezésre álló anyagokból készülnek: acél, réz, alumínium stb., vagyis szűkös és drága szilícium felhasználása nélkül. Ez lehetővé teszi a berendezések költségének és a rajta termelt energia jelentős csökkentését. Jelenleg a szoláris vízmelegítés a leghatékonyabb módja a napenergia átalakításának.
2001 -ben a napkollektorokban előállított villamos energia ára kWh-nként 0,09-0,12 dollár volt. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma előrejelzése szerint a napelem-koncentrátorok által termelt villamos energia ára 2015-2020-ra 0,04-0,05 dollárra csökken.
2007- ben megkezdődött a hibrid erőművek építése Algériában . Nappal az elektromos áramot parabola koncentrátorok, éjszaka pedig földgázból állítják elő .
2010 elején a napenergia teljes globális kapacitása (koncentrált napelemes állomások) elérte az egy gigawattot [10] . 2020-ra az EU országai 26,3 GW szoláris hőkapacitás kiépítését tervezik [31] .
A napkollektorok főzéshez használhatók. A hőmérséklet a kollektor fókuszában eléri a 150 °C -ot . Az ilyen konyhai készülékek széles körben használhatók a fejlődő országokban. A legegyszerűbb "napkonyha" gyártásához szükséges anyagok költsége 3-7 dollár.
A hagyományos tűzhelyek termikus hatásfoka körülbelül 10%. A fejlődő országokban a tűzifát aktívan használják főzéshez. A tűzifa főzéshez való felhasználása hatalmas erdőirtáshoz és egészségkárosodáshoz vezet. Például Indiában évente több mint 68 millió tonna CO 2 kerül a légkörbe a biomassza elégetése következtében . Ugandában egy átlagos háztartás havonta 440 kg fát fogyaszt el . A háziasszonyok főzés közben nagy mennyiségű füstöt szívnak be, ami a légúti megbetegedések növekedéséhez vezet. Az Egészségügyi Világszervezet adatai szerint 2006 -ban 19 szubszaharai országban, Pakisztánban és Afganisztánban 800 000 gyermek és 500 000 nő halt meg légúti betegségekben .
Különféle nemzetközi disztribúciós programok léteznek szoláris konyhák számára. Például 2008 - ban Finnország és Kína megállapodást kötött 19 000 napenergiával működő konyha szállításáról 31 kínai faluba. Ez 2008-2012-ben 1,7 millió tonnával csökkenti a CO 2 -kibocsátást . Finnország a jövőben kvótákat adhat majd el ezekre a kibocsátásokra
A napenergia különféle kémiai folyamatokban hasznosítható. Például:
A hidrogén felhasználható elektromos áram előállítására, vagy közlekedési üzemanyagként.
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 motorjaira 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 egy csak napenergiával hajtott Solar Challengerrel repült , 258 kilométeres távolságot tett meg 48 km/h-s sebességgel [32] . 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.
| Energia | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| termékek és iparágak szerinti szerkezet | |||||||||||||||||||||||||||
| Energiaipar : villamos energia |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Hőellátás : hőenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Üzemanyagipar : üzemanyag _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Ígéretes energia : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portál: Energia | |||||||||||||||||||||||||||
| Iparágak | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||
