2. Сонячна енергетика
Сонячна енергетика — напрям нетрадиційної енергетики, заснованої на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для здобуття енергії в якому-небудь вигляді. Сонячна енергетика використовує невичерпне джерело енергії і є екологічно чистою, тобто що не виробляє шкідливих відходів. Виробництво енергії за допомогою сонячних електростанцій добре узгоджується з концепцією розподіленого виробництва енергії.
На Землi досить сприятливi умови для використання сонячної енергетики. Потік сонячного випромінювання, що проходить через майданчик в 1 м, розташований перпендикулярно потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці від центру Сонця (на вході в атмосферу Землі), рівний 1367 Вт/м (сонячна постійна). Через поглинання, при проходженні атмосферної маси Землі, максимальний потік сонячного випромінювання на рівні моря (на Екваторі) — 1020 Вт/м. Проте слід врахувати, що середньодобове значення потоку сонячного випромінювання через одиничний горизонтальний майданчик як мінімум в три рази менше (через зміни дня і ночі і зміни кута сонця над горизонтом). Взимку в помірних широтах це значення в два рази менше. Можливе вироблення енергії зменшується через глобальне затемнення — зменшення потоку сонячного випромінювання, що доходить до поверхні Землі.
Iснує декiлька рiзновидiв добування енергії за допомогою сонячного промiння:
1) перетворення сонячної енергії в електрику за допомогою теплових машин: парові машини (поршневі або турбінні), що використовують водяну пару, вуглекислий газ, Пропан-Бутан, фреони; двигун Стірлінга і т. д.;
2) геліотермальная енергетика — нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені, і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на посудинi з водою для подальшого використання нагрітої води в опалюванні або в парових електрогенераторах);
3) термовоздушниє електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що направляється на турбогенератор);
4) сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагріву сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям). Перевага — запасу пари в балоні досить для роботи електростанції в темний час доби і за поганої погоди.
У використаннi сонячної енергетики є свої переваги та недолiки.
Переваги:
загальнодоступність і невичерпність джерела;
теоретично, повна безпека для довкілля, хоча існує вірогідність того, що повсюдне впровадження сонячної енергетики може змінити альбедо (характеристику відбивної (розсіюючою) здатності) земної поверхні і привести до зміни клімату (проте при сучасному рівні вжитку енергії це украй маловірогідно);
залежнiсть вiд погоди i часу доби;
Недолiки:
1) необхідність акумуляції енергії;
2) Висока вартість конструкції;
3) необхідність періодичного очищення відзеркалювальної поверхні від пилу;
4) нагрітi атмосфери над електростанцією;
Є також екологічні проблеми, пов’язанi з використанням сонячної енергії.
При виробництві фотоелементів рівень забруднень не перевищує допустимого рівня для підприємств мікроелектронної промисловості. Сучасні фотоелементи мають термін служби 30—50 років. Вживання кадмію, зв'язаного в з'єднаннях, при виробництві деяких типів фотоелементів, з метою підвищення ефективності перетворення, ставить складне питання їх утилізації, яке теж не має доки прийнятного з екологічного погляду рішення, хоча такі елементи мають незначне поширення і з'єднанням кадмію при сучасному виробництві вже знайдена гідна заміна. Останнім часом активно розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів, у складі яких міститься всього біля 1 % кремнію, по відношенню до маси підкладки на яку наносяться тонкі плівки. Через малi витрати матеріалів на поглинаючий шар, тут кремнію, тонкоплівкові кремнієві фотоелементи дешевше у виробництві, але доки мають меншу ефективність і неусувну деградацію характеристик в часі. Крім того, розвивається виробництво тонкоплівкових фотоелементів на інших напівпровідникових матеріалах, зокрема CIS і CIGS, гідних конкурентів кремнію. Так, наприклад, в 2005 році компанія «Shell» прийняла рішення концентруватися на виробництві тонкоплівкових елементів, і продала свій бізнес по виробництву монокристалічних (нетонкоплівкових) кремнієвих фотоелектричних елементів. Сонячні концентратори викликають великі за площею затінювання земель, що призводить до сильних змін грунтових умов, рослинності і т.д. Небажана екологічна дія в районі розташування електростанцій: вони викликають нагрiв повітря при проходженні через неї сонячного випромінювання, сконцентрованого дзеркальними відбивачами. Це призводить до зміни теплового балансу, вологості, напряму вітрів; в деяких випадках можливі перегрів і спалах систем, що використовують концентратори, зі всіма витікаючими звідси наслідками. Вживання низькокиплячих рідин і неминучі їх витоки у сонячних енергетичних системах під час тривалої експлуатації можуть призвести до значного забруднення питної води. Особливу небезпеку представляють рідини, що містять хромати і нітрити, що є високотоксичними речовинами.
У 2010 році 2,7 % електроенергії Іспанії було отримано з сонячної енергії. У 2010 році 2 % електроенергії Німеччини було отримано з фотоелектричних установок. У 2011 році близько 3 % електроенергії Італії було отримано з фотоелектричних установок. Перша в Росії сонячна електростанція потужністю 100 кВт була запущена у вересні 2010 року в Білгородської області.
В середині 2011 року у фотоелектричній промисловості Німеччини було задiяно більше 100 тисяч людей. У сонячній енергетиці США працювали 93,5 тисяч людей.
Використання сонячної енергетики вельми перспективне. Енергія, що згенерувала на основі сонячного випромінювання, зможе до 2050 року забезпечити 20-25 % потреб людства в електриці і скоротить викиди вуглекислоти. Як вважають експерти Міжнародного енергетичного агентства (IEA), сонячна енергетика вже через 40 років при відповідному рівні поширення передових технологій вироблятиме близько 20-25 % всiєї необхідної електрики, і це забезпечить скорочення викидів вуглекислого газу на 6 млрд тон щороку.
В наш час iснує навiть транспорт, який працює на енергії сонця. Фотоелектричні елементи можуть встановлюватися на різних транспортних засобах: човнах, електромобілях і гібридних автомобілях, літаках, дирижаблях і т. д. Фотоелектричні елементи виробляють електроенергію, яка використовується для бортового живлення транспортного засобу, або для електродвигуна електричного транспорту. В Італії і Японії фотоелектричні елементи встановлюють на дахи поїздів. Вони виробляють електрику для кондиціонерів, освітлення і аварійних систем.
Ще 20 листопада 1980, Стів Птачек зробив політ на літаку Solar Impulse, що харчується лише сонячною енергією. На 2010 р. сонячний пілотований літак протримався в повітрі 24 години. Військові випробовують великий інтерес до безпілотних літальних апаратів (БЛА) на сонячній енергії, здатних триматися в повітрі надзвичайно довго, — місяці і роки. Такі системи могли б замінити або доповнити супутники.