СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ И ТЕРМАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Солнечную энергию можно уловить с помощью фотоэлектрических солнечных батарей и накопителей солнечного тепла. Солнечные фотоэлектрические батареи, чаще всего работающие на кремниевых полупроводниках и на тонкопленочных гибридных интегральных схемах, преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Накопители солнечного тепла преобразуют солнечный свет в тепло, которое можно использовать, например, для нагревания воды, что и делают монтируемые на крышах солнечные водонагреватели.
Во всем мире наблюдается резкий рост генерации энергии с помощью фотоэлектрических установок. В 2008 г. производство электроэнергии на таких установках подскочило примерно на 5600 мегаватт. Солнечные фотоэлектрические батареи относятся к числу одного из самых быстроразвивающихся источников энергии, объем выработанной такими батареями энергии удваивается каждые два года. Установка по производству электричества из солнечной энергии мощностью в 1100 мегаватт в 2006 г. в Германии сделала эту страну первой, наращивающей производство электроэнергии более чем на 1 гигаватт (1000 мегаватт) в год[409].
До недавнего времени производство электроэнергии фотоэлектрическими батареями было сосредоточено в Японии, Германии и США. Но теперь на поле вышли новые игроки — компании из Китая, Тайваня, Филиппин, Южной Кореи и Объединенных Арабских Эмиратов. В 2006 г. Китай обогнал США по производству фотоэлектрических батарей. Тайвань сделал то же самое в 2007 г. Сегодня существуют десятки компаний, конкурирующих на мировом рынке и наращивающих инвестиции как в исследования, так и в производство электроэнергии фотоэлектрическими батареями[410].
Для почти 1,6 млрд человек, живущих в поселениях, еще не подключенных к электросети, теперь зачастую дешевле устанавливать фотоэлектрические батареи на крышах, чем строить центральную электростанцию и сеть для подачи электричества потенциальным потребителям. Например, для жителей деревень в Андах, освещающих свои жилища сальными свечами, сумма ежемесячных платежей за установленные солнечные батареи за 30 месяцев меньше суммы, потраченной на свечи за один месяц[411].
Когда крестьянин покупает систему солнечных фотоэлектрических батарей, он, по сути, обеспечивает себя электричеством на 25 лет. Такие системы не требуют расходов на топливо и нуждаются лишь в минимальных затратах на техническое обслуживание, но их приобретение является прямым капиталовложением, которое надо профинансировать. Признавая это, Всемирный банк и Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) выступили с инициативами оказания помощи местным кредитным учреждениям в создании систем кредитования этого дешевого источника электроэнергии. Первый заем, предоставленный Всемирным банком, помог 50 тысячам домовладельцев в Бангладеш приобрести солнечные батареи. Второй, более крупный заем позволит помочь в этом еще 200 тысячам семей[412].
Индийские крестьяне, испытывающие нехватку электричества и активно эксплуатирующие керосиновые лампы, сталкиваются с похожими расчетами. Установка солнечных электрических систем, включая батареи, в Индии стоит примерно 400 долларов. Такие системы могут обеспечивать энергией два, три, четыре небольших бытовых прибора или светильника и широко использоваться в домах и на мелких предприятиях вместо керосиновых ламп, загрязняющих окружающую среду и обходящихся все дороже. За год керосиновая лампа сжигает почти 20 галлонов керосина, что при стоимости галлона керосина в 3 доллара составляет 60 долларов на одну лампу в год. Солнечная фотоэлектрическая система освещения, заменяющая две керосиновые лампы, окупит себя в течение 4 лет, а затем станет источником практически бесплатного электричества[413].
Отказ от керосина в пользу солнечных батарей — это также вклад в борьбу с изменениями климата. В мире, по общим оценкам, используют 1,5 млрд керосиновых ламп, которые обеспечивают менее 1 % всего освещения жилищ, но дают 29 % всех выбросов СО2, производимых при производстве энергии для освещения. Ежедневно в керосиновых лампах сжигают эквивалент 1,3 млн баррелей нефти, что равно приблизительно половине добычи нефти в Кувейте[414].
В промышленно развитых странах стоимость солнечной энергии стремительно снижается. По оценкам Майкла Рогола и его консалтинговой компании PHOTON, к 2010 г. полностью интегрированные компании, охватывающие все фазы производства солнечных фотоэлектрических батарей, начнут монтировать системы, которые будут производить электричество по цене 12 центов за киловатт-час в солнечной Испании и по цене 18 центов за киловатт-час в южной Германии. Хотя эти издержки во многих местностях будут ниже уровня издержек традиционного производства электричества, это нельзя расценивать как начало автоматического всеобщего перехода на солнечные батареи. И, тем не менее, как замечает один из аналитиков энергетики, «большой взрыв» уже начался[415].
Начав со сравнительно небольших установок, монтируемых на крышах, инвесторы теперь обращаются к комплексам солнечных батарей, которые способны давать электроэнергию в промышленных объемах. Комплекс мощностью 20 мегаватт, введенный в строй в Испании в 2007 г., до поры до времени был крупнейшим из подобных сооружений. В 2008 г. в Испании был введен в эксплуатацию комплекс мощностью 60 мегаватт, т. е. в три раза мощнее прежнего. В настоящее время планируется строительство еще более крупных комплексов, в том числе мощностью 80 мегаватт, которые будут возведены в Калифорнии и Израиле[416].
В середине 2008 г. компания Pacific Gas and Electric, одна из двух крупнейших энергетических компаний в Калифорнии, объявила о подписании контракта с двумя фирмами о строительстве предприятий по производству электроэнергии с помощь фотоэлектрических батарей общей мощностью 800 мегаватт. Этот комплекс, возводимый на площади 12 квадратных миль, максимально будет давать столько же электроэнергии, сколько дает атомная электростанция. Планку снова подняли[417].
А в начале 2009 г. China Technology Development Group Corporation и Qinghai New Energy Group объявили о том, что объединяют свои силы для строительства комплекса солнечных батарей мощностью 30 мегаватт в отдаленной провинции Цинхай. Предполагается, что строительство этого комплекса будет первым этапом создания работающей на солнечной энергии мегаэлектростанции мощностью 1000 мегаватт. Для страны, в которой в конце 2008 г. подобные установки вырабатывали только 145 мегаватт, это настоящий прыжок в будущее[418].
Все больше и больше стран, штатов и провинций заинтересованы в получении электроэнергии из энергии Солнца. В Италии группа солярной индустрии проектирует к 2020 г. создать установки мощностью 16 000 мегаватт. Япония к 2020 г. планирует получать за счет солнечной энергии 14 000 мегаватт. Калифорния — 3000 мегаватт к 2017 г., Нью-Джерси — 2300 мегаватт к 2021 г., а Мэриленд — 1500 мегаватт к 2022 г.[419]
Поскольку мощности комплексов солнечных батарей теперь удваиваются каждые два года и этот рост, вероятно, продолжится по меньшей мере до 2020 г., ежегодный ввод мощностей в эксплуатацию, составляющий в настоящее время почти 5600 мегаватт, в 2020 г. возрастет до 500 000 мегаватт. К этому времени совокупная мощность действующих установок достигнет 1,5 млн мегаватт (1500 гигаватт). Хотя эта цифра может казаться явно завышенной, в действительности она даже немного консервативна. Во всяком случае, большинство из испытывающих сейчас недостаток электроснабжения 1,6 млрд человек, вероятнее всего, к 2020 году получит электричество благодаря установке именно домашних солнечных батарей[420].
Весьма многообещающий способ использования солнечной энергии в широких масштабах — применение отражателей для концентрации солнечных лучей на закрытых емкостях с водой или иной жидкостью. Солнечные лучи будут нагревать жидкость до кипения, а возникающий при этом пар будет вращать турбины. Такая технология использования тепловой энергии солнечных лучей (ее часто называют технологией концентрации солнечной энергии) впервые была применена при строительстве в Калифорнии работающей на тепловом излучении Солнца электростанции мощностью 350 мегаватт. Построенная в 1991 г., эта электростанция оставалась единственной такого типа до тех пор, пока в 2007 г. не была построена подобная электростанция мощностью 64 мегаватта в штате Невада. На начало 2009 г. в США строились тепловые солнечные электростанции общей мощностью 6100 мегаватт, причем вся произведенная на них энергия уже закуплена по долгосрочным контрактам[421].
В середине 2009 г. компания Lockheed Martin, производящая аэрокосмические вооружения и информационные технологии, объявила о том, что строит тепловую солнечную электростанцию мощностью 290 мегаватт в Аризоне. Подобно многим другим, эта работающая на тепловом излучении Солнца электростанция будет иметь емкости для хранения энергии в течение 6 часов, что позволит генерировать электричество до полуночи и позднее. Выход на рынок солнечной энергии компании с ежегодным объемом продаж в 43 млрд долларов, компании, обладающей обширными инженерными навыками, говорит о том, что человечество имеет серьезные планы относительно предоставленного Земле изобилия солнечной энергии[422].