Обзор преимуществ и недостатков солнечной энергии

Люди давно осознали пользу Солнца. Мы перестали считать солнце божеством и определили его место во вселенной, но это не меняет того факта, что на протяжении тысяч лет человек искал способ использовать его энергию во благо. Когда мы рассматриваем альтернативы источникам ископаемого топлива, то преимущества и недостатки солнечной энергии выходят на первый план всех научных дебатов. Проводятся важнейшие исследования, призванные снизить вредные выбросы в процессе производства электроэнергии.

Древние греки и римляне научились использовали солнечный свет для разжигания своих факелов. Существуют исторические доказательства того, что люди зажигали факелы, отражая солнечный свет на горючие материалы более 2700 лет назад. Многие здания строились таким образом, чтобы солнце могло естественным образом обогреть дом, и этот подход мы используем по сей день.

Преимущества солнечной энергии

1. Это ресурс, который со временем окупается.

Стоимость этой технологии снизилась на 20% с 2015 года. Это означает, что вы можете получить доступ к бесплатной энергии, как только компенсируете разницу в стоимости установки. Большинство домовладельцев достигают точки безубыточности с помощью солнечной энергии на 10-летней отметке, но это может произойти значительно быстрее в районах с высокими коммунальными затратами.

2. Страховка от более высоких затрат на электроэнергию.

Средняя солнечная панель имеет ожидаемый срок службы 25 лет. Это означает, что вы точно знаете стоимость своей электроэнергии в течение этого времени. Если тарифы на коммунальные услуги возрастут, вы по-прежнему будете платить ту же сумму, так как купили установку заранее. Установив систему, которая отвечает вашим потребностям в киловатт-часах, стоимость становится предсказуемой. Добавление аккумулятора повышенной емкости для управления потребностями дома в ночное время может полностью отключить сеть. Это преимущество будет ощутимо только в длительной перспективе.

3. Является экологически чистым решением.

Хотя для создания солнечных панелей и коллекторов требуются ресурсы ископаемого топлива, необходимое для достижения чистого дохода время минимально. Правительство Австралии оценило через свой исследовательский орган CSIRO, что для создания чистой потери выбросов при использовании этой технологии требуется 18 месяцев. Эта цифра была опубликована в 2009 году. Ожидается, что новые технологии приведут к еще большему сокращению этого числа.

Если учесть, что срок службы средней панели составляет 25 лет, профиль окупаемости выбросов чрезвычайно высок. Поначалу установка этой системы может стоить немного больше, но переход на солнечную энергию немедленно снизит углеродный след домохозяйства.

Если вы заботитесь об экологии, читайте также о пользе и вреде бутилированной воды в обзоре на LifeGlobe.

4. Широко доступна во многих регионах.

Текущие оценки продолжительности жизни нашего Солнца таковы, что оно будет существовать не менее 6 миллиардов лет. Даже географические регионы с традиционно насыщенным облачным покровом все еще получают значительные уровни солнечного света для производства электроэнергии. Лучшие регионы производят около 4,7 киловатт-часов на каждые 1 кВт солнечных панелей. Даже в облачных районах можно вырабатывать в среднем около 2,9 киловатт-часов на 1 кВт панелей в день.

5. Использование солнечной энергии снижает стоимость электроэнергии для среднего пользователя.

Схемы льготного тарифа и учета нетто позволяют домовладельцам и предприятиям продавать чрезмерное количество электроэнергии, производимой их системами. Это может создавать денежные средства, когда создается больше, чем потребляется. Таким образом, в дополнение к экономии затрат, солнечная установка может производить дополнительный доход.

6. Вырабатывает электроэнергию тихо, без высоких требований к обслуживанию.

Солнечные панели имеют минимальные движущиеся части. Даже крупные фермы устанавливают их на небольшие ротационные устройства, чтобы максимально увеличить воздействие солнечного света. Фотогальваника на крыше не создает шумовое загрязнение, как ветряная турбина, а это также означает, что вероятность поломки минимальна. Большинство домовладельцев могут установить свою систему и использовать ежегодный осмотр в качестве обслуживания. Многие сочтут такое преимущество одним из ключевых.

7. Существуют разнообразные приложения для использования.

Сегодня мы можем использовать солнечную энергию для самых разных целей. Производство электричества с помощью фотоэлектрических систем является одним из наиболее распространенных вариантов. Владельцы недвижимости, не имеющие доступа к коммунальной сети, могут использовать эту технологию для производства электроэнергии и дистилляции воды. Мы используем солнечную энергию для питания спутников в космосе. Sharp даже представила идею прозрачных панелей солнечной энергии, которые служат окнами, и в настоящее время проводятся эксперименты с солнечными дорогами для выработки электроэнергии.

8. Переход на солнечные панели может сэкономить миллиарды.

Переход на солнечную энергию уменьшит расходы на загрязнение воздуха более чем на 167 миллиардов долларов, остановив ущерб здоровью людей и окружающей среде. Сокращение углеродного следа может также сэкономить более 250 миллиардов долларов на расходах на изменение климата, сохраняя при этом более 25 000 жизней в год.

9. Затраты на производство практически нулевые после установки.

Солнечная энергия не требует внешнего источника питания для функционирования. Это означает, что производственные затраты ничтожны. В большинстве ситуаций стоит учитывать только стоимость изготовления и установки компонентов. Вот почему высокие первоначальные затраты могут быть немедленно возмещены, особенно когда речь идет о крупной концентрированной ферме. Это преимущество также основано на факте, что при передаче на большие расстояния с солнечной энергией меньше затрат. Уровни эффективности не так высоки, как для ядерной энергетики, но вполне конкурентоспособны с углем и природным газом.

10. Производство солнечной энергии работает в периоды максимального спроса.

Самые высокие уровни энергопотребления наблюдаются в период с 11 до 16 часов. Это означает, что присутствие солнечной энергии может служить дополнением к базовой нагрузке, которая существует в коммунальном хозяйстве. Это преимущество также повышает безопасность энергосистемы. Данная технология значительно снижает воздействие пожаров на подстанциях при перегрузках.

Недостатки солнечной энергии

1. Может зависеть от погодных условий.

Мы можем собирать солнечную энергию в те дни, когда появляются облака или идет дождь. Единственная проблема с этим состоит в том, что такие погодные условия резко снижают эффективность системы. Солнечные панели могут потерять до 50% своей производительной мощности, когда облачный покров блокирует солнце. Подобное условие должно сохраняться несколько дней подряд, чтобы оказать заметное негативное влияние на локальные системы. Этот недостаток может не относиться к солнечным тепловым системам, которые вырабатывают тепло в качестве основного источника энергии.

2. Мы можем собирать солнечную энергию только в светлое время суток.

Самым большим ограничением сейчас является тот факт, что мы можем собирать ее только при наличии солнца. Лунный свет не обладает той же способностью генерировать энергию при наших современных технологиях. Это означает, что мы должны либо подключить коммунальные системы, либо предоставить аккумулятор большой емкости для создаваемой в течение дня электроэнергии.

Солнечные аккумуляторы становятся все более популярными с переходом на литий-ионные системы, которые могут сохранять заряд при использовании в течение ночи. Стоимость добавления батареи может составлять до 20% от оценки установки панели. 14-киловаттная батарея Tesla стоит приблизительно 7 100 долларов США. Если вам нужна система, которая в аварийной ситуации может обеспечить питание в течение 24 часов, хранилище будет стоить столько же, сколько и установка панели.

3. Солнечные панели занимают много места.

Если вы решили использовать фотоэлектрические элементы для производства энергии, то готовьтесь к тому, что вся ваша крыша покрыта панелями. Для некоторых объектов могут потребоваться дополнительные наземные панели для достижения необходимого уровня выработки электроэнергии. Взглянув на крупномасштабные установки, которые производят энергию для сообществ, этот недостаток солнечной энергии становится очень очевидным.

Комплекс Noor в Марокко является крупнейшей в мире концентрированной солнечной электростанцией в мире. Его расположение в пустыне Сахара обеспечивает мощность 580 мегаватт, которая обеспечивает энергией 1 миллион человек. Тамилнад в Индии имеет ферму, которая производит 648 мегаватт и занимает площадь в 10 квадратных километров.

4. Невозможность установки в некоторых ситуациях.

Солнечные панели на крыше используют монтажную систему, которая «вешает» их на крышу. Некоторые кровельные материалы в старых домах плохо воспринимают эту технологию. Любой владелец ветхой крыши не получит выгоды от этой технологии без значительных затрат на изменение структуры. Поскольку исторические дома не всегда могут пройти через это изменение, им никак не удастся использовать фотоэлектрические элементы.

5. Не всегда легко найти качественного установщика.

Не в каждом регионе найдется авторитетный установщик. В этом деле нужно доверяться лишь проверенным и профессиональным мастерам. Даже при самой качетвенной установке солнечная энергия все еще будет стоить дороже, чем поддерживать подключение к электросети в краткосрочной перспективе. Поэтому любой планирующий частые переезды домовладелец не получит выгоды от этого проекта.

6. Профиль стоимости будет только снижаться.

Хотя стоимость установки солнечных батарей снижается, она всегда будет стоить дороже, чем другие энергоносители. Некоторые солнечные элементы требуют материалов, которые редко можно найти, в том числе селенид меди, индия, галлия и теллурид кадмия. Возможно, в финансовом отношении целесообразно рассмотреть другие возобновляемые варианты, такие как энергия ветра или геотермальная энергия.

Важно отметить, что вышеперечисленные материалы относятся к категории токсичных или опасных. Несколько элементов, включая свинец и соляную кислоту, необходимы для производственного процесса. Это также означает, что вы должны утилизировать старые панели, а не просто выбрасывать их. Этот пункт можно отнести к одному из самых серьезных недостатков солнечной энергии.

7. Крупные солнечные фермы не могут быть использованы для других целей.

Одним из преимуществ энергии ветра является то, что мы все еще можем использовать землю вокруг турбин для сельскохозяйственных целей, или других нужд при производстве электроэнергии. У нас нет такой роскоши, если смотреть на солнечные фермы. Панели покрывают землю особым образом, когда становится невозможным использование места установки для каких-либо других целей. Вот почему крупнейшие производители солнечной энергии пытаются использовать пустынные районы, которые в настоящее время не разрабатываются для других нужд.

8. Низкая естественная эффективность.

Сегодня самые эффективные солнечные панели на рынке преобразуют приблизительно 30% доступной солнечной энергии в полезную энергию. Старые установленные между 2000-2009 годами панели могут иметь рейтинг эффективности ниже 15%, тогда как установленные в 1990-х годах имеют рейтинг менее 10%. Хорошей новостью является то, что коэффициенты эффективность повышаются быстрее, чем у других форм производства электроэнергии.

Плохая новость заключается в том, что естественная неэффективность не может быть устранена из-за физики. Второй закон термодинамики предполагает, что максимальный коэффициент эффективности для системы с неподвижными панелями составляет 55%, в то время у следящих за солнцем панелей он может достигать 85%. Ядерная энергетика уже достигает среднего показателя эффективности 91%.

9. Срок службы солнечных батарей меньше, чем у других технологий.

Средняя продолжительность жизни современной солнечной панели составляет около 25 лет. При условии правильного ухода и регулярных осмотров, можно увеличить срок службы от 35 до 40 лет. Это примерно столько же времени, сколько будет работать ветряная турбина. О крупнейших ветряных электростанциях мира читайте в специальном обзоре.

По состоянию на 2020 год использующие ископаемое топливо электростанции все еще являются лучшим долгосрочным решением для крупномасштабного производства электроэнергии. Срок эксплуатации АЭС составляет от 30 до 40 лет, при этом ожидается, что некоторые объекты будут эксплуатироваться до тех пор, пока не будут выведены из эксплуатации. Срок службы большинства угольных электростанций составляет около 50 лет.

10. Солнечные панели могут отражать свет в концентрированных лучах.

Установка солнечных электростанций создала уникальный недостаток в том, что она может создавать концентрированные лучи отраженного света. Интенсивность этих лучей может убивать насекомых и птиц, которые летят в них. Вступающие в контакт с этой энергией люди могут получить сильные ожоги. Это означает, что при размещении и обслуживании панели необходимо соблюдать осторожность.

11. Концентрирующие солнечные тепловые установки используют много воды.

Даже если все другие недостатки отсутствуют, многим объектам требуется вода для очистки коллекторов, или концентраторов. Некоторые используют жидкость для охлаждения турбогенераторов. Поскольку большинство крупных объектов находятся в пустынных районах, они могут истощать необходимые местным растениям и диким животным для выживания ресурсы. Использующие градирни солнечные фермы могут потреблять до 650 галлонов за каждый произведенный мегаватт-час. Технология сухого охлаждения может уменьшить эту проблему до 90%, но это означает более низкую эффективность и более высокие затраты. Технология сухого охлаждения не так эффективна, когда она работает при жаркой температуре, что является весомым недостатком.

12. Солнечная энергия по-прежнему подразумевает выброс парниковых газов.

Большинство оценок относительно производства, транспортировки, установки и обслуживания систем солнечных панелей предполагают, что эта технология производит значительный уровень выбросов на каждый произведенный киловатт-час. Эти цифры значительно меньше, чем у угля или природного газа, но было бы неверно утверждать, что этот возобновляемый ресурс полностью свободен от выбросов.

Вывод

Домовладельцы должны рассмотреть возможность установки солнечных батарей, если хотят сэкономить в долгосрочных расходах на электроэнергию. Хотя первоначальные затраты несколько высоки, затраты и выгоды очевидны. Это экологически ответственное решение, которое со временем может принести некоторые финансовые выгоды.