Использование солнечной энергии в Республике Беларусь

Республика Беларусь собственными природными запасами обеспечивает около 15−18% своих потребностей в топливно-энергетических ресурсах. Недостающее количество топлива и энергии поставляется из России и других стран, на что расходуется ежегодно 1.7−2.0 млрд. долларов США. Поэтому для нас чрезвычайно актуален вопрос поиска собственных экологически чистых источников энергии.

Проведенный анализ возможности использования невозобновляемых источников энергии (НВИЭ) В. Русан показал, что Республика Беларусь располагает существенной сырьевой базой, составляющей по оценкам ряда специалистов 12−20 млн. т.у.т. в год. Для сравнения: в 1994 году было израсходовано 37,2 млн. т. у. т. при собственном производстве 5,8 млн. т. у. т. Таким образом, общий потенциал собственных НВИЭ − примерно 30% потребности страны.

Анализ показывает, что потенциальная эффективность использования солнечных батарей на территории Беларуси только за счет благоприятных условий инсоляции:

- более чем на 10% выше, чем в Польше, Нидерландах;

- более чем на 17% выше, чем в Германии, Бельгии, Дании, Ирландии, Великобритании;

- еще выше относительно стран расположенных севернее и северо-западнее Республики Беларусь [3].

Потенциал солнечной энергетики определяется солнечной постоянной – плотностью потока солнечного излучения на расстоянии, равном среднему диаметру эллиптической орбиты Земли через площадку, перпендикулярную направлению солнечных лучей. Эта величина составляет 1353 Вт/м2. Не вся эта энергия достигает поверхности земли: частично она отражается и рассеивается атмосферой. Для оценки количества располагаемой солнечной энергии для той или иной местности принято использовать величину прямой солнечной радиации на поверхности Земли. Величина среднемесячной прямой солнечной радиация для Республики Беларусь (на широте г. Минска) по данным NASA Surface meteorology and Solar Energy приведена в таблице 1. Таким образом, суммарная располагаемая солнечная энергия за год составляет порядка 1000 кВт·ч/м2.

Таблица 1 - Величина среднемесячной прямой солнечной радиация для Республики Беларусь

Потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в Республике Беларусь в 2010 году составило порядка 40 млн. т у.т., или 1,14·1012 МДж. В течение года территория Беларуси получает в среднем 1,7·1014 МДж солнечной энергии. Без ущерба для окружающей среды может быть использовано 1,5% всей падающей на землю солнечной энергии [6], что для Беларуси составляет 2,6·1012 МДж и в 2,2 раза превышает общее потребление ТЭР в республике.

Принятый 6 мая 2010 года проект Закона Республики Беларусь «О возобновляемых источниках энергии» был разработан в целях создания правовой основы для реализации государственной политики в сфере производства и использования возобновляемых источников энергии. Документ направлен, прежде всего, на повышение уровня энергетической безопасности, а также на снижение антропогенного воздействия на окружающую среду и климат, сохранение невозобновляемых источников энергии для будущих поколений, создание, совершенствование и применение эффективных технологий и установок по использованию возобновляемых источников энергии [3].

Основными направлениями использования солнечной энергии являются:

- гелиотермия – преобразование солнечной энергии в теплоту;

- фотоэлектричество – прямое преобразование энергии солнца в электрическую энергию.

Оба этих направления динамично развиваются и каждому присущи определенные достоинства и недостатки. Основным недостатком фотоэлектрических преобразователей на основе кремния на сегодняшний день является невысокий КПД (до 20%) при относительно высокой стоимости, которая составляет около 3 у.е. за 1 Вт установленной мощности. Однако, учитывая динамику развития отрасли фотоэлектричества, которая удваивается каждые 5 лет, по прогнозам специалистов, следует ожидать снижения стоимости фотоэлектрических преобразователей на 20% каждые 5 лет.

Наиболее перспективным в ближайшее время направлением использования солнечной энергии является подогрев воды в системах отопления и горячего водоснабжения. Значительный потенциал энергосбережения в данной области связан с тем, что на нужды теплоснабжения сегодня приходится около половины от всего объема потребления ТЭР в Беларуси. Реализованные в Республике Беларусь проекты по применению гелиоводонагревателей на базе отечественных разработок показывают, что использование солнечных коллекторов эффективно не только в регионах с теплым климатом, но и в районах с низкими температурами и невысокими значениями солнечной радиации [5].

В настоящее время у нас отсутствует развитая отрасль производства солнечных элементов и установок на их основе. Однако уже существуют некоторые предприятия, которые наладили их производство. Например, ООО «Электрет» уже более 8 лет разрабатывает и внедряет солнечные водогрейные системы, предназначенные для горячего водоснабжения жилых домов, объектов соцкультбыта и промышленности. В 2009 году в Бресте было создано первое промышленное предприятие СООО «Солар-Груп» по выпуску высокотехнологичных полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Объем производства на данный момент достигает 1.3 млн. пластин ФЭП в год. Постоянно улучшается качество производимой продукции.

Во исполнение целевой государственной программы, согласно которой к 2012 году доля местных видов топлива и альтернативных источников энергии в энергобалансе должна быть доведена до 25%, руководством предприятия МО ОАО «Луч» было утверждено новое направление деятельности – проект «ЭкоЭнерджи». Целью проекта является освоение, установка, а также оптовая и розничная продажа оборудования, преобразующего энергию солнца и ветра в тепловую и электрическую энергию. В ближайшей перспективе – открытие собственного производства энергосберегающего оборудования на базе МО ОАО «Луч».

Белорусские специалисты небезосновательно утверждают, что потенциал развития фотовольтаики в Беларуси есть. Межотраслевой рабочей группой разработан проект концепции государственной программы по созданию и развитию сектора солнечной фотоэлектрической энергетики Республики Беларусь. Полагается, что формирование сектора солнечной энергетики в республике следует начать с создания высокоэффективного массового производства «под ключ» для изготовления как самих солнечных элементов (с КПД около 15%), так и конечного изделия – модулей на базе какого- либо предприятия радиоэлектронного профиля (например, НПО «Интеграл», завод «Измеритель» и т.п.) [3].

Вместе с тем одна из важнейших проблем использования солнечного излучения в качестве источника энергии связана с его сезонной неравномерностью. По данным многолетних наблюдений метеорологических станций, в Республике Беларусь максимум солнечного излучения приходится на период года с апреля по август (порядка 80% от общего количества). Максимум потребления энергии (в первую очередь тепловой), напротив, приходится на зимние месяцы. Данная проблема может быть решена путем использования сезонного аккумулирования солнечной теплоты. Применяемые аккумуляторы теплоты должны обладать большой емкостью и сохранять тепло продолжительное время (в течение нескольких месяцев). Такие системы успешно разрабатываются и эксплуатируются в США, Германии, Нидерландах, Швеции, Франции и других странах. Интерес к ним в последнее время проявляется и в странах СНГ. Несмотря на существующие трудности использования солнечной энергии, отрасль солнечной энергетики в мире бурно развивается.

На начало 2010 года суммарная площадь гелиоколлекторов в мире превысила 200 млн.м2, в том числе в Германии – 12 млн.м 2, Польше – 0,4 млн.м2, Литве – 5 тыс. м2. Для того чтобы заместить 1% используемого топлива в АПК Республики Беларусь, необходимо около 300 тыс.м2 гелиоколлекторов. Основными проблемами, препятствующими широкому использованию солнечной энергии, являются ее рассредоточенность на большой территории и сезонная неравномерность. Для их решения необходимо развивать такие направления гелиоэнергетики, как улавливание, концентрация, длительное хранение энергии солнца и преобразование ее в другие виды энергии [5].

Заключение

Энергетическая отдача Солнца равнозначна сжиганию или превращению в энергию массы в количестве 4,2·10⁶ т в секунду.

Земля, находящаяся на расстоянии 150 млн.км от Солнца, получает приблизительно 2 миллиардные доли его общего излучения.

Общее количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли за год, в 50 раз превышает всю энергию, которую можно получить из доказанных запасов ископаемого топлива, и в 35 000 раз превышает нынешнее ежегодное потребление энергии в мире.

В Республике Беларусь есть необходимые условия для развития солнечной энергетики. Мы располагаем крупными научно-исследовательскими центрами в области микро-, нано- и оптоэлектроники, соответствующим аналитическим и производственным оборудованием, рядом существенных научных результатов в областях материаловедения, химии, технологии кремния, соединений A3B5, A2B6, формирования просветляющих, люминесцентных, защитных покрытий и т.п., которые могут быть использованы при разработке солнечных элементов. Сравнительно большая материально-техническая база не загружена и пригодна для обеспечения крупносерийного производства солнечных элементов и гелиостанций.