Сонячна енергія: ріст екологічної стійкості
Сонячна енергія є безпечним для навколишнього середовища джерелом енергії. Дізнайтеся, на що здатні сонячні промені для забезпечення енергією та збереження нашої планети.
Що таке сонячна енергія?
Сонячна енергія – це енергія, що надходить від сонця. Сонячне тепло та світло використовуються, щоб виробляти електроенергію або теплову енергію для різних побутових, ділових та інших робочих потреб. Потужність сонячної енергії вимірюється у ватах.
Сонячна енергія, також відома як вироблення сонячної енергії або сонячне випромінювання, – це найбагатше, відновлюване джерело енергії. Відновлюване джерело енергії – це джерело енергії, яке можна регенерувати. На відміну від викопного палива (нафти, природного газу та вугілля), це джерело енергії не вичерпується після одного використання. Іншими прикладами відновлюваної енергії є вітер, гідроенергія та геотермальна енергія.
Ви можете бути здивовані, але сонячна енергія не є сучасним винаходом. Люди використовували енергію сонця ще із 7-го століття до н.е., застосовуючи лупи та сонячні промені, щоб розпалювати вогонь і спалювати мурах. Звісно, відтоді відбулися значні зміни та досягнення в галузі технологій сонячної енергії.
Нижче наведено короткий огляд і часову шкалу розвитку сонячної енергії за даними Міністерства енергетики США.
- У 1767 році швейцарський науковець Орас де Соссюр винайшов перший у світі сонячний колектор.
- Французький фізик Едмон Беккерель у 1839 році відкрив фотогальванічний ефект, коли світло або енергія випромінювання виробляє напругу або електричний струм.
- Через кілька десятиліть французький математик Огюстен Мушо зареєстрував патенти на двигуни, що працюють від сонячної енергії.
- У 1883 році нью-йоркський винахідник Чарльз Фріттс створив сонячну батарею, покривши селен тонким шаром золота, що забезпечило швидкість перетворення енергії в діапазоні від 1 до 2 відсотків (для порівняння, більшість сучасних сонячних батарей працюють зі швидкістю від 15 до 20 відсотків), за даними журналу Smithsonian. Через п’ять років винахідник Едвард Вестон отримав два патенти на сонячні батареї.
- На початку 1900-х Альберт Ейнштейн опублікував наукову роботу про фотоелектричний ефект.
- У 1954 році компанія Bell Telephone Laboratories випустила силіконову сонячну батарею – першу батарею, яка могла перетворювати достатньо енергії для щоденного використання електрообладнання – з ефективністю 4 відсотки (а пізніше 11 відсотків). Через шість років компанія Hoffman Electronics досягла ефективності 14 відсотків.
- У 1970 році доктор Елліот Берман розробив дешевшу сонячну батарею, що призвело до зниження ціни до 20 дол. США за Вт.
- У 1981 році Пол Маккріді створив літак з живленням від сонячної енергії (перший у своєму роді), оснащений 16 000 сонячних комірок і здійснив переліт із Франції до Англії.
- У 1998 році вчений Субхенду Гуха винайшов гнучку сонячну черепицю для дахів, здатну перетворити сонячне світло в електрику.
- У 2000-х роках і досі ми продовжуємо розвивати можливості та ефективність технологій сонячної енергії.
Сьогодні "сонячна енергія – це найшвидше зростаюче й найдоступніше джерело нової електроенергії" в США, згідно з даними Energy.gov, враховуючи наявність 3 мільйонів сонячних установок у країні. У глобальному плані обсяги сонячної енергії для побутового та комерційного використання також зростають.
Повсякденним популярним прикладом сонячної енергії є чорні прямокутні сонячні панелі, які можна побачити на дахах деяких будинків. Корпорації також перейняли цю форму виробництва сонячної енергії – навіть у Disney World є сонячна установка у формі Міккі Мауса, що складається з 48 000 сонячних панелей за межами тематичного парку Epcot.
Сонячні технології продовжують розвиватися та покращуватися з плином часом. У цій статті представлено огляд сонячної енергії, принцип її роботи, переваги використання та майбутнє цієї галузі.
Як збирається та зберігається сонячна енергія?
Фотовольтаїка (ФВ)
Передбачає використання пристрою (наприклад, сонячних панелей) для поглинання сонячного світла та перетворення його в електроенергію. Ці пристрої називаються сонячними батареями та з’єднуються, щоб утворити більші генератори електроенергії.
Концентрована сонячна енергія (КСЕ)
Збирає енергію від сонця, щоб створити тепло, яке потім використовується для вироблення електроенергії. Ця технологія використовує дзеркала для "концентрування" світлової енергії.
Обігрів і охолодження з використанням сонячної енергії
Збирає енергію від сонця та використовує її, щоб надавати послуги обігріву та охолодження в житлових будинках і на підприємствах. Ця технологія використовує сонячний колектор, ізольований трубопровід і резервуар для зберігання гарячої води.
Компоненти для зберігання сонячної енергії
Акумулятори
Це основа систем зберігання енергії. Є два найпоширеніші типи акумуляторів: літій-нікель-марганцево-кобальтові та літій-залізо-фосфатні.
Підпанелі критичних навантажень
Дають змогу вибрати, які основні пристрої живити в разі відключення електроенергії.
Сонячні панелі
Використовуються, щоб зарядити акумулятори. Тонка плівка, PERC, полікристал і монокристал – це різні типи сонячних панелей.
З чого виготовлено сонячні панелі? В основі сонячних панелей зазвичай міститься кремній – найпоширеніший напівпровідниковий матеріал, що використовується у фотовольтаїчних комірках – а також скляний корпус, металева рама та інше обладнання, що утримує панель разом і забезпечує її функціональність.
Інвертори
Використовуються для перетворення змінного струму на постійний (сонячні панелі та батареї перетворюють постійний струм на змінний).
Зберігання сонячної енергії
Згідно з Green Building Elements, є три способи зберігати сонячну енергію.
Акумуляторне зберігання
Найчастіше для зберігання сонячної енергії використовуються літій-іонні акумулятори.
Механічні сховища
Стиснене повітря (вводиться під тиском в ємність, наприклад цистерну, і розподіляється за необхідності), гідроакумулювальна система (вода, що проштовхується через турбінні генератори, щоб виробити енергію, коли це потрібно) і махове колесо (надлишкова потужність, що використовується, щоб забезпечити енергію, коли це потрібно) – це три різновиди системи зберігання цього типу.
Термальні накопичувачі
Щоб утримати енергію, використовуються розчинна сіль і вода в ізольованому резервуарі.
Крім того, існує "віртуальне сховище" – процес, за допомогою якого можна обігріти або охолодити будівлю до того, як станеться очікуваний сплеск попиту на електроенергію. Потім будівля зберігає цю енергію й використовує її, коли потрібно.
Повний список термінів і визначень можна знайти в глосарії на тему сонячної енергії на сайті Міністерства енергетики США.
Переваги сонячної енергії
Які переваги сонячної енергії? Можна виділити цілу низку таких переваг, зокрема захист навколишнього середовища, створення робочих місць і податкові кредити. Нижче наведено огляд кількох основних переваг.
Сонячна енергія безпечніша для навколишнього середовища, ніж традиційні джерела енергії
Турбота про планету – це, мабуть, перше, що спадає на думку, коли розглядаються переваги сонячної енергії. Відновлювані джерела енергії, такі як сонце, допомагають зменшити залежність нашого світу від копалин, зменшити наш вуглецевий слід і отримати електроенергію без забруднення токсичними речовинами.
Витрати на обслуговування сонячних установок знижуються
Хоча початкове встановлення може бути задорогим для деяких домогосподарств, витрати на обслуговування з роками знизилися. Зокрема, за останнє десятиліття вартість встановлення сонячної панелі знизилася на 60 відсотків. (Проте витрати можуть відрізнятися залежно від регіону та обмежень у ланцюжку поставок.)
У разі використання систем, заснованих на сонячній енергії, надаються податкові пільги
Перехід на сонячну енергію – це вигідне рішення, хоча оцінити цю перевагу можна не відразу. Наприклад, уряд США пропонує федеральний податковий кредит на встановлення сонячних фотовольтаїчних систем. Державні й місцеві органи також можуть пропонувати відповідні програми компенсації високих затрат.
Оптимізація технологій генерації сонячної енергії
За ці роки обладнання та технології зберігання неабияк удосконалилися. Сьогодні сонячні панелі виробляють більше енергії протягом тривалішого періоду, а також мають ефективність 20% і термін служби до 30 років.
Існує безліч різноманітних позитивних переваг використання сонячної енергії в побуті чи бізнесі. Тим не менш, це джерело енергії має свої обмеження. Нижче наведено деякі недоліки використання сонячної енергії.
- Забруднення все ще становить проблему. Хоча сонячна енергія є більш екологічно безпечним рішенням, ніж спалювання викопного палива, деякі хімічні речовини та матеріали, що використовуються в процесі виробництва фотовольтаїчної батареї , виробляють небезпечні відходи.
- Установлення може бути дорогим. Хоча використання сонячної енергії призводить, зрештою, до економії, початкове встановлення та обладнання можуть коштувати досить дорого.
- Є певні експлуатаційні обмеження. Оскільки енергія виробляється, коли світить сонце, певні погодні умови (наприклад, хмарність) і період доби не підходять для отримання сонячної енергії.
- Інші впливи на навколишнє середовище. Використання води та землі, а також потенційна втрата середовища проживання – це фактори, які необхідно враховувати під час масштабування сонячних енергосистем.
Якщо опустити останній пункт, то, зрештою, сонячна енергія відкриває екологічніші можливості для промисловості та бізнесу. Наприклад, нові інструменти та програми можуть допомогти організаціям візуалізувати моделювання резервуарів, щоб підвищити ударну швидкість буріння й оновити електромережі для розподілених джерел енергії, знизивши таким чином витрати та розширивши можливості. Крім того, застосування квантових обчисленьстало величезним кроком на шляху до оптимізації вироблення енергії.
Упровадження сонячної енергії
Перш ніж упроваджувати сонячну енергію, проведіть дослідження. Розрахуйте витрати для свого регіону, перевірте наявність знижок і податкових кредитів, дізнайтеся про різні системи та перегляньте відгуки про компанії, що їх установлюють. Технічно, ви можете встановити сонячні панелі самостійно, але варто подумати, чи оптимальний це варіант у вашому випадку.
Якщо ви власник компанії, то під час переходу на сонячну енергію потрібно врахувати кілька факторів, зокрема що саме використовує електроенергію на вашому робочому місці (система охолодження та опалення, машини, обладнання тощо). Хоча, як і у випадку із застосуванням сонячної енергії в побуті, ви з часом отримаєте економію, перехід на сонячні установки , швидше за все, вимагатиме на початку вкладення грошей і часу. Проте рішення Інтернету речей для енергетичної галузі готові прийти вам на допомогу, щоб зменшити операційні витрати й водночас оптимізувати пропозицію та попит, а також відстежувати обслуговування ресурсів енергосистеми.
Під час переходу на сонячну енергію в побуті основною перешкодою для більшості людей, імовірно, стане висока вартість установлення. Наприклад, вартість системи сонячних панелей у будинку середнього розміру в США – після всіх податкових кредитів на використання сонячної енергії – становитиме від 11 144 до 14 696 дол. США, а вартість панелі для невеликого проекту "Зроби сам" коливатиметься від 200 до 250 дол. США, згідно з даними Consumer Affairs. В інших даних можна зустріти більший діапазон витрат по США, від 10 000 до 25 000 дол. США. Потрібно також враховувати так звані "непрямі витрати", наприклад витрати на отримання дозволів і вартість робіт зі встановлення. Ви можете взяти сонячну панель в оренду. Це означає, що вам не доведеться платити за встановлення, обслуговування чи ремонт, але тут, як і завжди, є свої переваги та недоліки.
Для більшості сімей початкова ціна може бути дуже високою. До того ж, доведеться почекати якийсь час, доки сонячна панель почне окуповуватися (у середньому, повернення інвестицій відбувається через 7–12 років). З іншого боку, економія теж може виявитися суттєвою. За даними HomeGuide, використання сонячної енергії може заощадити жителям США від 600 до 2000 дол. США на електроенергії на рік. Крім того, деякі встановлення коштують дешевше ніж було наведено вище. Розмір будинку (що більший, то, зазвичай, вища ціна), рівень енергоспоживання та типи технологій, які ви вибираєте для вашої системи, є трьома основними факторами, що впливають на вартість. На таких веб-сайтах, як Solar Estimate , можна ввести поштовий індекс або вибрати розташування на віртуальній карті, щоб визначити вартість установлення сонячних панелей на вашому будинку.
Ви також можете вибирати способи впровадження сонячної енергії в повсякденне життя, регулюючи масштаби її використання. Необов’язково витрачати багато грошей, щоб почати використовувати сонячну енергію. Наприклад, ви можете придбати чохол на сонячних батареях для смартфона, ліхтарики на сонячних батареях для аварійного набору в автомобілі або переносну кухонну плиту на сонячних батареях для наступного походу – іноді менше ніж за 100 дол. США. Крім сонячних панелей, є й інші варіанти забезпечення будинку сонячною енергією. Власники будинків можуть використовувати пристрої з живленням від сонця, щоб нагрівати воду в басейні, і встановлювати сонячні ліхтарі, щоб освітити задній двір або терасу вночі. Ви також можете використовувати сонячну енергію в роботі. Хочете працювати віддалено? Коли плануєте попрацювати з кафе, візьміть із собою переносний зарядний пристрій із сонячними панелями, щоб заряджати ноутбук.
Майбутнє сонячної енергії
Майбутнє сонячної енергії виглядає яскраво (так, це навмисна гра слів), і ось чому.
- Вона безпечна для планети. Сонячна енергія є стійкою та безпечною для навколишнього середовища.
- Світ бере напрям на "чисту" енергію. Після 2035 року 50% виробництва енергії стануть відновлюваними.
- Ця енергія стає дедалі доступнішою та ефективнішою. Очікується, що ціна на сонячні системи продовжить знижуватися, тоді як якість обслуговування покращуватиметься.
- Сонячна енергія допомагає створювати нові компанії та робочі місця. У цій сфері прогнозується галузевий розвиток і зростання кількості робочих місць.
З огляду на останній пункт можна сказати, що кар’єрні можливості в галузі відновлюваної енергії справді процвітають. У цьому секторі працює понад 3 мільйони людей у США та 11 мільйонів людей у всьому світі, згідно з даними Інституту екологічно-енергетичних досліджень. Кількість робочих місць у секторі сонячної енергії може відрізнятися в різних штатах США. Наприклад, у Північній Дакоті зафіксовано 211 вакансій, пов’язаних із сонячною енергією, а в Техасі – понад 10 000, згідно з даними асоціації Solar Energy Industries Association (SEIA). Тим не менш, сектор сонячної енергії складається з інженерів, дослідників, операторів сонячних установок, установників обладнання та багатьох інших фахівців по всій країні.
Компанії також починають придивлятися до сонячної енергії та інших відновлюваних джерел. Великі технологічні компанії оголосили про запуск ініціатив у сфері соціальної відповідальності та поставили цілі щодо захисту навколишнього середовища для своїх організацій. Наприклад, корпорація Майкрософт пообіцяла відтворити водні ресурси та досягти негативного вуглецевого сліду до 2030 року Споживачі починають приділяти все більше уваги темі соціальної відповідальності бізнесу, тому очікується, що найближчим часом усе більше організацій розроблятимуть політики щодо своїх зобов’язань щодо екологічної стійкості.
Прискорте шлях до екологічної стійкості
Microsoft Cloud for Sustainability дає змогу пришвидшити перехід до нульових викидів на будь-якому етапі та оптимізувати бізнес за допомогою екологічних, соціальних та управлінських (ESG) можливостей.
Запитання й відповіді
- Сонячна енергія – це енергія сонця, яку можна перетворити на електрику. Це відновлюване джерело енергії, тобто воно може поновлюватися й не вичерпається після одного використання. Сонячна енергія може застосовуватися в різних сферах і використовуватися для живлення будівель, нагрівання води, заряджання електронних приладів і пристроїв тощо. Сонячну енергію також називають сонячним випромінюванням. Дізнатися більше >
- Сонячну енергію можна використовувати як у побутових, так і комерційних цілях. Наприклад, на побутовому рівні за допомогою цієї енергії можна опалювати та охолоджувати будинки, живити їх і забезпечувати гарячою водою. Деякі компанії використовують сонячну енергію у своїх офісах, на фабриках чи фермах. Крім того, уряд може використовувати сонячну енергію, щоб живити громадські місця та об’єкти, як-от ліхтарі, автостоянки, транспортні засоби та навчальні заклади.
-
Використання сонячної енергії має низку переваг. Крім того, що сонячна енергія є надлишковою та відновлюваною, вона також зменшує наш загальний вуглецевий слід, оскільки під час її виробництва немає викидів. Сонячна енергія також може бути рентабельною. Наприклад, технологічний прогрес дає змогу поступово знижувати вартість сонячних систем, і з часом ці системи можуть значно зменшити рахунки за комунальні послуги. До того ж, використання сонячної енергії можна масштабувати, застосовуючи її для живлення як одного будинку, так і цілої спільноти. Нарешті, сонячні системи можна встановити практично будь-де, навіть у віддалених областях. Це означає, що енергопостачання можна забезпечити навіть там, де немає доступу до електроенергії.
- По-перше, є три основні технології використання сонячної енергії: фотовольтаїчна (ФВ), концентрована сонячна енергія (КСЕ) і обігрів та охолодження з використанням сонячної енергії. Після отримання сонячної енергії вам знадобиться кілька основних компонентів для її зберігання: акумулятори, сонячні панелі, підпанелі критичного навантаження та інвертори. Далі, існують три способи зберігання сонячної енергії: акумулятори, механічні сховища та термальні накопичувачі. Залежно від ваших потреб і сфери застосування сонячної енергії (наприклад, для живлення заміського будинку площею 1200 кв. футів або великого приміщення, не підключеного до електромережі) процес може відрізнятися.
- Початкові витрати на встановлення в США можуть коливатися від 10 000 до 25 000 дол. США для житлового будинку, що для багатьох споживачів є чималою сумою. Однак у деяких країнах є державні програми, завдяки яким можна скоротити витрати, пов’язані з переходом на сонячну енергію. Наприклад, у рамках таких програм можуть надаватися ресурси для побудови економічної системи або варіанти отримання податкових кредитів. Знадобиться час (приблизно десяти років), але, зрештою, ви окупите витрати на систему сонячних панелей і почнете заощаджувати завдяки зменшенню рахунку за електроенергію. Залежно від таких факторів, як вартість сонячної системи та розмір вашого приміщення, економія може становити від кількох сотень до кількох тисяч доларів на рік.
- Сонячна енергія – це один із найекологічніших видів енергії, доступних на сьогоднішній день. Вона не лише є надлишковою та відновлюваною – сонце щодня забезпечує достатньо енергії, щоб задовольнити наш поточний глобальний попит на енергію цілий рік – її також можна виробляти економічно та у великих масштабах. Під час виробництва сонячної енергії немає викидів парникових газів, потрібні мінімальні витрати на обслуговування після встановлення сонячних панелей і забезпечується живлення без ризику забруднення води чи повітря.
Підпишіться на новини корпорації Майкрософт