Применение солнечной энергии в бытовых и производственных нуждах – дело не новое. Еще в древней Греции солнечная энергия использовалась для обогрева и освещения жилищ, приготовления пищи, а правильная архитектурная застройка городов позволяла освещать солнечным светом улицы поселений большую часть светового дня. В 214 – 212 годах до н.э. при осаде города Сиракузы римский флот был уничтожен «огненным лучом Архимеда».
Система зеркал, предположительно из медных пластин располагалась по береговой линии и одновременно фокусировала отраженный солнечный свет на одном из вражеских кораблей. Несколько минут было достаточно, чтобы деревянные корабли охватывало пламя, смола, которой пропитывались корабли в разы ускоряла горение и не оставляла шанс погасить огонь.
В настоящее время солнечная энергия используется в основном для преобразования в тепловую или электрическую энергии, более удобные для дальнейшего использования.
Для получения тепловой энергии используются тепловые коллекторы – это устройство, состоящее из накопителей, поглощающих из всего спектра электромагнитного излучения солнца инфракрасные волны (около 49% всего спектра), и теплообменников, служащих для передачи полученного тепла от теплоносителя конечным потребителям.
Солнечные концентраторы – устройство зеркал и линз для фокусировки солнечного света и концентрации их на потребителе тепла или трубопроводах с теплоносителем, модернизированный «огненный луч Архимеда». Используется в солнечной энергетики или для несложных экологически чистых походных кухонь.
Наиболее перспективным для развития солнечной энергетики сегодня является способ преобразования солнечной энергии в электрическую благодаря фотоэффекту – вырыванию электронов из атомов вещества под воздействием света. Явление фотоэффекта открыто учеными в конце 19 века, а в 1921 году Эйнштейну за уравнение для фотоэффекта была присуждена Нобелевская премия.
Явление фотоэффекта реализовано в электронном приборе – фотоэлементе, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Существует два вида фотоэлементов по принципу действия – электровакуумные и полупроводниковые их действие основано на фотоэлектронной эмиссии или внутреннем фотоэффекте. Широкое применение сегодня имеют солнечные батареи из монокристаллических и поликристаллических фотоэлектрических элементов. Эти батареи собираются из солнечных панелей разных размеров и разной производительности в зависимости от стоящих задач.
Стоимость производства солнечных батарей и их сравнительно низкая производительность пока что не позволяют повсеместно использовать эту технологию. Однако прогресс не стоит на месте, КПД солнечных батарей постоянно увеличивается, новые технологии позволяют удешевить производство солнечных элементов. За последние 30-40 лет было освоено более 20 технологий, снижающих потребление кремния при изготовлении солнечных пластин. Кроме стоимости производства важную роль играет коэффициент фотопреобразования. Одним из последних направления развития солнечной электроэнергетики стало производство тонкопленочных фотоэлектрических модулей из микроморфного кремния на стекле. От других аморфных модулей они отличаются стабильной выходной мощностью и более высокой эффективностью (до 9,5%).
Благодаря существующим технологиям и прогрессу становится возможным обеспечение труднодоступных регионов нашей страны стационарными собственными, а главное экологически чистыми и возобновляемыми источниками электрической энергии. В республике Алтай с 2014 года реализуется проект по возведению ряда солнечных электростанций и к 2020 году планируется полностью закрыть потребление электрической энергии региона собственными источниками. В текущем году суммарная мощность введенных в эксплуатацию солнечных электростанций на Алтае составляет 65 МВт, до конца 2020 года планируется увеличить ее до 145 МВт. Со слов главы Республики Алтай Александра Бердникова срок окупаемости строительства не должен превысить 5 лет, после чего можно будет говорить о снижении тарифов на электроэнергию.
Таким образом развитие солнечной электроэнергетики предрекает нам в ближайшем будущем не только энергетическую независимость, а соответственно стабильность и надежность работы всех жизненно важных сфер и производств, но и снижение вредных выбросов в атмосферу, снижение затрат на источники энергии.
Н. И. Жабин, АлтГТУ, гр. 8Э(з)-82