Андрей Прохоренко
На Западе давно поняли, что без освоения возобновляемых источников энергии миру долго не протянуть. Самые оптимистичные прогнозы гласят: при нынешнем уровне добычи полезных ископаемых нефти человечеству хватит лет на 50, угля - на 300, газа - на 60 лет. А если взглянуть на ситуацию более конструктивно, то остаться без света рискует и наше с вами поколение.
Раньше казалось, что богатого природными ресурсами Казахстана проблема нехватки электричества в ближайшее время точно не коснется. На поверку оказалось, что ситуации бывают разные. Вот и Киргизия из-за дефицита энергии для собственных нужд была вынуждена увеличить сброс воды в Токтогульском водохранилище, из-за чего отчасти был подтоплен юг Казахстана. Получается, мы косвенно пострадали из-за того, что кому-то не хватило электроэнергии. Но ведь и у нас непосредственно не все гладко. Мы тоже вынуждены экспортировать электроэнергию из других стран, а рост ее потребления между тем растет огромными темпами.
Выход из сложившейся ситуации (на перспективу) один - пора плавно переходить на альтернативные (возобновляемые) источники энергии

Энергия солнца использовалась людьми с незапамятных времен. Но то, что она может стать универсальной, люди поняли только во второй половине XX века - когда человек начал покорять космос. Сегодня, как и пятьдесят лет назад, основным источником энергии в космосе являются солнечные батареи. Их использование там наиболее оправдано по двум причинам: во-первых, за пределами атмосферы мощность солнечной радиации значительно выше, чем на поверхности Земли, а во-вторых, другими источниками энергии в космосе пользоваться слишком накладно.
Успешное применение солнечных батарей в космосе привело к попыткам извлечь толк от солнечной энергии и на Земле. Развитие технологии производства полупроводникового кремния и создание новых типов фотоэлектрических преобразователей привели к тому, что КПД некоторых солнечных батарей для лабораторных исследователей уже сегодня превышает 35 процентов (против 5 процентов в 1970 году). А на практике используются аппараты с КПД 15 процентов.
В общем, стоимость одного киловатт-часа установленной электрической мощности на полупроводниковых фотоэлементах (в промышленных условиях) снижена сегодня до 0,08 доллара, а общий объем генерации энергии от солнечных батарей приближается к 3 гигаваттам в год.
По оценкам Жореса Алферова (человека, внесшего огромный вклад в развитие полупроводниковых фотоэлементов и получившего за свою работу на эту тему Нобелевскую премию в 2000 году), теоретический КПД фотоэлектрического преобразования солнечной энергии составляет 87 процентов. Сейчас он подбирается к 40 процентам, а в ближайшие десять лет должен достичь 50 процентов. И если использование солнечных батарей экономически оправдано уже сейчас (особенно в тех странах, которые вынуждены экспортировать энергоресурсы), то через некоторое время фотоэнергетика может стать основным методом получения электроэнергии в мире.

Ловушки для "зайчиков"

Ученые подсчитали, что полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли всего за одну неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана почти на 120 процентов.
В теории все это выглядит великолепно, но без практических шагов дело с мертвой точки не сдвинется. И это давно поняли в Америке и Европе. Правительство Германии, например, в числе первых в мире разработало и реализовало государственную программу, облегчающую финансовое бремя владельцев “солнечных крыш”. Для тех жителей страны, кто готов был установить на своей крыше солнечные батареи, правительство выделяло специальные льготы и привилегии. Сначала программа называлась “1000 солнечных домов”, потом - “2000 тысячи...”, а теперь число ее участников приближается к 100 тысячам. Вслед за Германией все остальные страны ЕС приняли подобные программы. Конечно, не отстает от этой тенденции Япония, где аналогичная программа уже охватывает 70 тысяч крыш, а в США и вовсе планируют довести число частных пользователей солнечной энергией до одного миллиона уже к 2010 году.
Впрочем, Штаты свой план уже перевыполнили: солнечная энергия тут используется в 1,5 миллиона домов (частных и государственных). Все вместе они экономят около 1400 мегаватт, что эквивалентно 5 миллионам тонн несожженной за год нефти!
Хотя что говорить о странах развитых, если в недалекой (от нас) Монголии тоже действует госпрограмма “100 тысяч солнечных юрт”... Владельцы домов или офисов, решившие потратиться на дооборудование жилых и офисных помещений солнечными коллекторами и батареями, пользуются солидными привилегиями. Во-первых, государство компенсирует им часть затраченных средств. Во-вторых, они получают особые налоговые льготы. В-третьих, для них открывается доступ к специальным льготным кредитам и беспроцентным ссудам!
Заметьте, дома, частично или полностью обеспечивающие себя солнечной энергией, строятся не только в теплых странах и государствах с умеренным климатом (Франция, Англия, Германия), но и во многих северных регионах (Швеция, Финляндия, Канада).
Объем производства солнечных фотоэлектрических систем с 2000 года растет в среднем на 30-40 процентов в год. По различным прогнозам, доля выработки солнечной энергии относительно всех других источников к 2010-2015 годам во многих государствах достигнет 10-15 процентов и более (сейчас в Европе она составляет 6 процентов, в США - 3). А объем извлечения электроэнергии из солнечного тепла к 2020 году составит порядка 150 гигаватт. Это больше, чем сегодня вырабатывают все электростанции соседней России.
В Казахстане же на сегодняшний день использование солнечной и ветровой энергии занимает лишь десятые доли процента (0,2 процента). Но, по планам Министерства охраны окружающей среды, к 2024 году это доля должна составить, как минимум, 5 процентов. Потенциально же возможная выработка “солярной” электроэнергии, по подсчетам наших специалистов, превышает 2,5 миллиарда киловатт-часов в год (хотя теоретически она во много раз выше).
По мнению начальника управления устойчивого развития и государственных программ Министерства охраны окружающей среды Толебая Адилова, для Астаны, например, пока нет необходимости использовать солнечные батареи при постройке жилья ввиду суровых климатических условий, а вот для южных регионов республики это ноу-хау уже актуально.
Некоторые коттеджи в Алматы уже оснащены солнечными батареями, которые используются в качестве дополнительного источника энергии. А в 2009 году в Актау заработает завод по изготовлению таких батарей.
Да, технологии генерирования солнечной энергии в электричество еще не достигли нужного уровня в своем развитии, чтобы полностью перевести дома на автономное энергоснабжение такой формы. Тем не менее даже 20-процентное замещение электроэнергии, получаемой традиционными путями, на альтернативные источники питания поможет сэкономить. На пятую часть сократить потребление ископаемых энергоресурсов. А главное, значительно сократить собственные расходы на электроэнергию.
Многие казахстанцы уже стали применять так называемые солнечные коллекторы - установки, собирающие, сохраняющие и передающие тепло солнца. В простейшей версии все выглядит так: на крыше дома устанавливается панель, состоящая из тоненьких трубочек, по которым в специальный бак-аккумулятор подается вода.
Солнце нагревает эту воду (причем вплоть до 90 градусов за пару часов) и ее смело можно использовать для обогрева или горячего водоснабжения. А если добавить сюда кремниевые солнечные элементы, то экономить на горячей воде и отоплении можно будет еще больше. И летом, и зимой. Коммунальные платежи при таком раскладе сократятся на 50-70 процентов. А расходы на оборудование можно будет оправдать за несколько лет (при том, что срок службы стандартной солнечной батареи составляет 25 лет).
В глобальном же масштабе все это будет выглядеть еще лучше: потребители будут экономить, нагрузка на инфраструктуру снизится, а энергетики смогут подключать новых потребителей. Кроме того, министр охраны окружающей среды Нурлан Искаков на днях рассказал, что правительство страны одобрило проект “стратегии эффективного использования энергии и возобновляемых ресурсов Казахстана” до 2024 года. В частности, в нем рассматривается вопрос о возможности введения в Казахстане экологических налогов, в том числе и налога на электроэнергию. По мнению министра, введение подобного налога позволит обеспечить компенсацию экологических издержек при производстве энергии от традиционных источников, создать благоприятные условия для производителей “альтернативной” энергии.

Современные технологии позволяют полностью обеспечить дом электроэнергией лишь за счет солнечных батарей. Система такого “солярного дома” должна состоять из самих батарей, инверторов, аккумуляторов и отводов к электроприборам. Для пущей эффективности подобные объекты снабжают коллекторами и всевозможными теплоизоляционными и энергосберегающими материалами. В летнее время (в климатических условиях Алматы) одна среднестатистическая батарея с КПД 14-16 процентов может производить до 6 киловатт-часов энергии. И если хозяева дома потребляют, например, 60 киловатт-часов, то для обеспечения их электроэнергией понадобится около 10 таких батарей. Или 4-6 квадратных метров площади крыши для них. Стоить такое удовольствие будет не очень дорого. В зависимости от многих факторов и условий инвестиции в солярный дом могут составить от 3 до 7 евро за каждый ватт пиковой мощности батареи, но специалисты, практикующие установку подобных систем, говорят, что затраты на строительство одинакового дома с солнечной системой питания и без нее разнятся на 10-15 процентов. Что касается производителей солнечных батарей, то их на мировом рынке совсем немного. В большинстве своем это японские и европейские компании, такие, как Sharp, Q-Cells, Kyocera, SolarWorld AG, BP Solar, Honda и другие.

Сегодня самыми распространенными солнечными батареями являются кремниевые фотоэлектрические панели мощностью 40-60 Wp (обладающие максимальной мощностью в 40-60 ватт при ярком солнце). Такая панель занимает площадь от 0,4 до 0,6 квадратного метра и может генерировать электричество в течение многих лет. КПД доступных в продаже панелей варьируется в пределах 15 процентов.
И если сейчас большая часть выпускаемых фотоэлементов изготавливается из кремния, то в перспективе их место займут тонкопленочные полимерные материалы, у которых не только КПД гораздо выше, чем у кремниевых, но и дешевле их производство. В ближайшем будущем, по мнению многих ученых, возможным станет внедрение технологии сбора солнечной энергии в стекла и кровельную черепицу, и вообще в любые материалы, даже в краску.
Словом, чем быстрее мы начнем постигать азы солнечной энергетики, тем проще нам будет в будущем. Вложенные сегодня деньги вернутся с прибылью совсем скоро. Раньше, чем мы можем себе представить.