Aurinkoenergia on vaihtoehtoisen energian suunta , joka perustuu auringon säteilyn suoraan käyttöön energian tuottamiseen missä tahansa muodossa. Aurinkoenergia käyttää uusiutuvaa energialähdettä [1] ja on "ympäristöystävällistä", eli se ei tuota haitallista jätettä aktiivisen käyttövaiheen aikana [2] . Energian tuotanto aurinkovoimaloilla sopii hyvin yhteen hajautetun energiantuotannon käsitteen kanssa . Aurinkolämpöenergia - auringonsäteitä absorboivan pinnan lämmittäminen ja sitä seuraava lämmön jakautuminen ja käyttö (auringonsäteilyn keskittäminen astiaan vedellä tai suolalla lämmitetyn veden myöhempää käyttöä varten lämmitykseen, kuuman veden syöttöön tai höyrygeneraattoreihin) . Aurinkolämpövoimaasemien erikoistyypenä on tapana erottaa keskittävät aurinkojärjestelmät (CSP - Concentrated solar power). Näissä installaatioissa auringonsäteiden energia keskitetään tiivistetyksi valonsäteeksi käyttämällä linssi- ja peilijärjestelmää. Tätä palkkia käytetään lämpöenergian lähteenä työnesteen lämmittämiseen. Vuonna 2020 kaikkien maapallolla toimivien aurinkopaneelien kokonaiskapasiteetti oli 760 GW . [3] Vuonna 2019 kaikkien maapallolla toimivien aurinkopaneelien kokonaiskapasiteetti oli 635 GW . [4] Vuonna 2019 maapallolla toimivat aurinkopaneelit tuottivat 2,7 % maailman sähköstä. [5]
Auringon säteilyvuo, joka kulkee 1 m²:n alueen läpi, joka sijaitsee kohtisuorassa säteilyvuon kanssa yhden tähtitieteellisen yksikön etäisyydellä Auringon keskustasta ( Maan ilmakehän sisäänkäynnissä ), on 1367 W / m² ( aurinkovakio ). Absorptiosta johtuen Maan ilmakehän massan kulkiessa auringon säteilyn maksimivuo merenpinnalla (päiväntasaajalla) on 1020 W / m². Yhden vaaka-alueen läpi kulkevan auringon säteilyvirran keskiarvo päivittäinen arvo on kuitenkin vähintään π kertaa pienempi (johtuen päivän ja yön muutoksesta sekä auringon kulman muutoksesta horisontin yläpuolella). Talvella lauhkeilla leveysasteilla tämä arvo on kaksi kertaa pienempi.
Mahdollista energiantuotantoa pienentää globaali himmeneminen – maan pinnalle tulevan auringon säteilyvirran väheneminen.
| Vuotuinen sähköntuotanto maailmassa SPP:llä | |||
|---|---|---|---|
| vuosi | Energiaa GWh | Vuotuinen kasvu | Osuus kaikista |
| 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 % |
| Lähde – BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017 [7] [8] [9] | |||
Vuonna 1985 maailman asennettu kokonaiskapasiteetti oli 0,021 GW.
Vuonna 2005 aurinkokennojen tuotanto maailmassa oli 1,656 GW.
Vuoden 2010 alussa aurinkosähkön kokonaiskapasiteetti maailmanlaajuisesti oli vain noin 0,1 % maailman sähköntuotannosta [10] .
Vuonna 2012 maailman aurinkovoimaloiden kokonaiskapasiteetti kasvoi 31 GW ylittäen 100 GW:n.
Suurimmat aurinkokennojen valmistajat vuonna 2012 [11] :
Vuonna 2013 aurinkosähkökapasiteettia asennettiin maailmanlaajuisesti 39 GW. Tämän seurauksena aurinkosähkölaitosten kokonaiskapasiteetiksi arvioitiin vuoden 2014 alussa 139 GW [12] .
Johtava asennetun kapasiteetin mukaan on Euroopan unioni [13] yksittäisistä maista Kiina. Kokonaiskapasiteetilla henkeä kohden mitattuna johtava on Saksa.
Vuonna 2010 2,7 prosenttia Espanjan sähköstä tuli aurinkoenergiasta [14] .
Vuonna 2011 noin 3 prosenttia Italian sähköstä tuli aurinkosähkölaitoksista [15] .
Joulukuussa 2011 Ukraina sai päätökseen viimeisen, viidennen, 20 megawatin aurinkopuiston rakentamisen Perovoon , minkä seurauksena sen asennettu kokonaiskapasiteetti nousi 100 MW:iin [16] . Perovon aurinkopuisto , joka koostuu viidestä vaiheesta, on noussut maailman suurimmaksi puistoksi asennetulla kapasiteetilla mitattuna. Sitä seuraavat kanadalainen voimalaitos Sarnia (97 MW), italialainen Montalto di Castro (84,2 MW) ja saksalainen Finsterwalde (80,7 MW). Maailman viiden suurimman aurinkosähköpuiston joukossa on 80 megawatin Okhotnikovon voimalaitos Sakin alueella Krimillä.
Vuonna 2018 Saudi-Arabia ilmoitti aikovansa rakentaa maailman suurimman aurinkovoimalan, jonka kapasiteetti on 200 GW [17] .
Vuoden 2011 puolivälissä Saksan aurinkosähköteollisuus työllisti yli 100 000 henkilöä. 93,5 tuhatta ihmistä työskenteli aurinkoenergian parissa Yhdysvalloissa [18] .
Maailmassa energian vuotuinen lisäys viimeisen viiden vuoden aikana on ollut keskimäärin noin 50 % [19] . Auringon säteilystä saatava energia pystyy hypoteettisesti kattamaan 20-25 % ihmiskunnan sähköntarpeesta vuoteen 2050 mennessä ja vähentämään hiilidioksidipäästöjä. Kansainvälisen energiajärjestön ( IEA ) asiantuntijoiden mukaan aurinkoenergia tuottaa 40 vuodessa, kun edistyneen teknologian leviämisen taso on riittävä, noin 9 tuhatta terawattituntia – eli 20-25 % kaikesta tarvittavasta sähköstä. vähentää hiilidioksidipäästöjä 6 miljardilla tonnilla vuodessa [10] .
Mahdollisuudet käyttää aurinkoa sähköntuotantoon heikkenevät korkeiden kustannusten vuoksi. Esimerkiksi Aiwonpan CHPP maksaa neljä kertaa enemmän ja tuottaa paljon vähemmän sähköä kuin kaasuvoimalaitokset. Asiantuntijoiden mukaan tällä asemalla tuotettu sähkö maksaa tulevaisuudessa kaksi kertaa enemmän kuin perinteisistä energialähteistä saatava sähkö, ja kustannukset siirtyvät luonnollisesti kuluttajille [20] .
Ennusteiden mukaan aurinkovoimaloiden sähköntuotannon kustannukset kuitenkin laskevat vuoteen 2020 mennessä fossiilisia polttoaineita käyttävän tuotannon kustannuksiin ja siirtyminen aurinkovoimaloiden käyttöön tulee taloudellisesti kannattavaa [ 21] .
Aurinkopaneelit kuumenevat erittäin alhaisesta hyötysuhteestaan, joka on parhaimmillaan 30 prosenttia. Loput 70 prosenttia auringonvaloenergiasta lämmittää aurinkopaneelit noin 50-70 °C:n keskilämpötilaan. [22] .
Tyypillisiä aurinkosähkön kustannustekijöitä aurinkosähkön tapauksessa ovat moduulien kustannukset, niiden sijoittamiseen käytettävät rakenteet, johdotukset, invertterit, työkustannukset, mahdollisesti tarvittava maa, verkkoliitäntä, ylläpito ja auringonpaisteen laajuus että aurinkovoimala sijoittaa.
Aurinkosähköjärjestelmät eivät käytä polttoainetta, ja moduulien käyttöikä on tyypillisesti 25–40 vuotta. Näin ollen alkupääoma- ja rahoituskustannukset ovat 80-90 % aurinkoenergian kustannuksista [23] .
Tehokkaiden aurinkopaneelien hinnat ovat laskeneet merkittävästi ajan myötä. Yhdysvalloissa kilowattihinta oli vuodesta 1982 alkaen noin US$ 27 000, ja vuonna 2006 kustannukset putosivat noin 4 000 dollariin kilowattia kohden. Aurinkosähköjärjestelmä maksoi vuonna 1992 noin 16 000 US$/kW, mutta vuonna 2008 se laski noin 6 000 US$/kW [24] .
Yhdysvalloissa vuonna 2021 asuinrakennusten aurinkosähkö maksoi 2–4 dollaria wattia kohden (mutta aurinkokattotiilet olivat paljon kalliimpia) [25] ja aurinkosähkölaitokset maksavat noin 1 dollarin wattia kohden [26] .
Aurinkoenergian tuottavuus alueella riippuu auringon säteilystä, joka vaihtelee päivän ja vuoden aikana ja riippuu leveysasteesta ja ilmastosta. Aurinkosähköjärjestelmän teho riippuu myös ympäristön lämpötilasta, tuulen nopeudesta, auringon spektristä, paikallisista saasteolosuhteista ja muista tekijöistä.
Maatuulivoima on yleensä halvin sähkönlähde Pohjois- Euraasiassa , Kanadassa , osissa Yhdysvaltoja ja Argentiinan Patagoniassa , kun taas muualla maailmassa käytetään enimmäkseen aurinkovoimaa (tai harvemmin tuuli-, aurinko- ja muiden muotojen yhdistelmää). alhainen hiilipitoisuus [27] .
Paikat, joissa auringon säteily on suurinta vuodessa, ovat kuivilla tropiikilla ja subtrooppisilla alueilla. Matalilla leveysasteilla sijaitsevissa aavikoissa on yleensä vähän pilviä ja ne voivat vastaanottaa auringonvaloa yli kymmenen tuntia päivässä [28] . [29]
Auringonvalon avulla voit valaista tilat päiväsaikaan. Tätä varten käytetään kevyitä kaivoja . Yksinkertaisin versio valokaivosta on jurtan katossa oleva reikä . Valolyhtyjä käytetään valaisemaan huoneita, joissa ei ole ikkunoita: maanalaiset autotallit, metroasemat, teollisuusrakennukset, varastot, vankilat jne. Valaisin, jonka halkaisija on 300 mm, pystyy valaisemaan 8 m² alueen. Yksi kaivo mahdollistaa Euroopan olosuhteissa jopa 7,4 tonnin CO 2 -päästöjen vuosittaisen ilmakehään estämisen . Valokuivot, joissa on valokuitu , kehitettiin vuonna 2004 Yhdysvalloissa . Tällaisen kaivon yläosassa käytetään parabolisia keräilijöitä . Aurinkokaivojen käyttö mahdollistaa sähkönkulutuksen vähentämisen ja talvella auringonvalon puutteen vähentämisen rakennuksessa [30] .
Aurinkoenergiaa käytetään laajasti sekä veden lämmitykseen että sähköntuotantoon. Aurinkokeräimet valmistetaan saatavilla olevista materiaaleista: teräksestä, kuparista, alumiinista jne., eli ilman niukkaa ja kallista piitä. Tämän avulla voit vähentää merkittävästi laitteiden kustannuksia ja niillä tuotettua energiaa. Tällä hetkellä aurinkovesilämmitys on tehokkain tapa muuntaa aurinkoenergiaa.
Vuonna 2001 aurinkokeräimissä tuotetun sähkön hinta oli 0,09–0,12 dollaria kWh:lta. Yhdysvaltain energiaministeriö ennustaa, että aurinkokeskittimien tuottaman sähkön hinta laskee 0,04–0,05 dollariin vuoteen 2015–2020 mennessä.
Vuonna 2007 Algeriassa aloitettiin hybridivoimaloiden rakentaminen . Päivällä sähköä tuotetaan parabolisilla rikastimilla ja yöllä maakaasulla .
Vuoden 2010 alussa aurinkolämpöenergian kokonaiskapasiteetti (keskitetty aurinkovoimalat) oli yksi gigawatti [10] . Vuoteen 2020 mennessä EU-maat suunnittelevat rakentavansa 26,3 GW aurinkolämpökapasiteettia [31] .
Aurinkokeräimiä voidaan käyttää ruoanlaittoon. Lämpötila keräimen polttopisteessä saavuttaa 150 °C . Tällaisia keittiölaitteita voidaan käyttää laajasti kehitysmaissa. Yksinkertaisimman "aurinkokeittiön" tuotantoon tarvittavien materiaalien hinta on 3-7 dollaria.
Perinteisten tulisijojen lämpöhyötysuhde on noin 10 %. Kehitysmaissa polttopuuta käytetään aktiivisesti ruoanlaittoon. Polttopuun käyttö ruoanlaitossa johtaa massiiviseen metsien hävittämiseen ja terveyshaitoihin. Esimerkiksi Intiassa biomassan poltosta vapautuu ilmakehään yli 68 miljoonaa tonnia hiilidioksidia vuosittain . Ugandassa keskimääräinen kotitalous kuluttaa 440 kg puuta kuukaudessa. Kotiäidit ruoanlaitossa hengittävät suuren määrän savua, mikä lisää hengitysteiden sairastuvuutta. Maailman terveysjärjestön mukaan vuonna 2006 800 000 lasta ja 500 000 naista kuoli hengityselinten sairauksiin 19 Saharan eteläpuolisessa maassa, Pakistanissa ja Afganistanissa .
Aurinkokeittiöille on olemassa useita kansainvälisiä jakeluohjelmia. Esimerkiksi vuonna 2008 Suomi ja Kiina tekivät sopimuksen 19 000 aurinkokeittiön toimittamisesta 31 kylään Kiinassa. Tämä vähentää hiilidioksidipäästöjä 1,7 miljoonalla tonnilla vuosina 2008-2012. Jatkossa Suomi voi myydä näille päästöille kiintiöitä
Aurinkoenergiaa voidaan käyttää erilaisissa kemiallisissa prosesseissa. Esimerkiksi:
Vetyä voidaan käyttää sähkön tuottamiseen tai liikenteen polttoaineena.
Aurinkosähkökennoja voidaan asentaa erilaisiin ajoneuvoihin: veneisiin, sähkö- ja hybridiajoneuvoihin , lentokoneisiin, ilmalaivoihin jne.
Aurinkosähkökennot tuottavat sähköä, jota käytetään ajoneuvon virransyöttöön tai sähköajoneuvojen sähkömoottoriin .
Italiassa ja Japanissa aurinkokennoja asennetaan junien katoille . Ne tuottavat sähköä ilmastointilaitteisiin, valaistukseen ja hätäjärjestelmiin.
Solatec LLC myy ohutkalvosähkökennoja Toyota Prius -hybridiauton kattoon . Ohutkalvovalokennot ovat 0,6 mm paksuja, mikä ei vaikuta auton aerodynamiikkaan. Valokennot on suunniteltu lataamaan akkuja, minkä ansiosta voit lisätä auton ajokilometrejä 10%.
Vuonna 1981 lentäjä Paul Beattie MacCready lensi Solar Challengerillä , joka käytti vain aurinkoenergiaa ja kulki 258 kilometrin matkan 48 km/h nopeudella [32] . Vuonna 2010 aurinkovoimalla miehitetty Solar Impulse -lentokone pysyi ilmassa 24 tuntia. Armeija on erittäin kiinnostunut aurinkoenergialla toimivista miehittämättömistä lentokoneista ( UAV ), jotka voivat pysyä ilmassa erittäin pitkiä kuukausia ja vuosia. Tällaiset järjestelmät voisivat korvata tai täydentää satelliitteja.
| Energiaa | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| tuotteiden ja toimialojen mukaan | |||||||||||||||||||||||||||
| Sähköteollisuus : sähkö |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Lämmönsyöttö : lämpöenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Polttoaineteollisuus : polttoaine _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Lupaavaa energiaa : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portaali: Energia | |||||||||||||||||||||||||||
| Toimialat | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||
