Eнергетика – очима сучасного світу.

Постійно зростаюче техногенне навантаження на природне середовище призвело до погіршення екологічної рівноваги в багатьох країнах світу. Розвиток та використання альтернативних та відновлюваних джерел енергії є вагомим фактором для зміцнення енергетичної безпеки України та зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Важливість розвитку сонячної енергетики є очевидною, адже вона відіграє вирішальну роль у зменшенні парникових викидів, зниженні негативного впливу на довкілля, підвищує безпеку енергопостачання, допомагає зменшити залежність від імпорту енергії.

Загальне збільшення світового виробництва товарів, розвиток транспорту та телекомунікацій, розробка віддалених родовищ корисних копалин, утилізація відходів, ріст споживання енергії у побуті, технічне переозброєння армій тощо зумовлює зростання темпів виробництва енергії. Темпи зростання виробництва енергії перевищують нині темпи зростання населення Землі. На сьогоднішній день 6 млрд. чоловік на Землі споживають більше 12 млрд. кВт енергії за рік. Джерелами енергії є вугілля - 26 %, нафта  - 42 %, газ - 20%, гідроенергія – 4 %, ядерна – 5 %, інші джерела – 3 %. Біля 90% енергії ми отримуємо за рахунок органічних видів палива — нафти, вугілля, газу.  Але швидкість їхнього нагромадження в надрах Землі приблизно у 106 разів менша швидкості їхнього витрачання. За нашого життя цього палива може не стати. Проте, чи будемо ми від цього страждати? Використання його супроводжується високим рівнем забруднення атмосфери Землі. Те ж саме можна сказати і про ядерну енергетику, яка має значно більше сировинних ресурсів, ніж органічне паливо, але, на думку багатьох фахівців, вона вже не може вважатися перспективним видом енергії через високий ризик радіоактивного забруднення навколишнього середовища.

Звичайними для нас стали небувалої сили смерчі далеко поза зоною тропіків, повені, засухи та пожежі, які нищать цілі регіони. Уже і ЮНЕСКО, і ООН вустами своїх керівників визнали: відбулося незворотне порушення екологічної рівно ваги, спричинене безвідповідальною  діяльністю людини, яка продовжує й  надалі нарощувати обсяги виробництва та споживання, не дбаючи про наслідки. У світі все більше почали звертати увагу на використання відновлюваних джерел енергії. Всі  джерела енергії повністю зумовлені прямою дією Сонця. Тому найбільш перспективним джерелом енергії є пряме перетворення сонячного випромінювання в електрику в напівпровідникових сонячних елементах. Індустрія, яка пов’язана з виробництвом сонячних батарей, переживає неабиякий бум. Найбільш інтенсивно сонячна енергія використовується в Європі. За кількістю в цілому — лідирує Німеччина, а за кількістю на одного мешканця країни — Швейцарія. Сонячна енергія не має собі рівних за екологічністю і ресурсною базою. Матеріалом для виготовлення сонячних батарей є кремній. Один кілограм кремнію у фотоелектричній станції за 30 років виробляє електричну енергію,  для виробництва якої на тепловій  електростанції потрібно 75 тонн нафти. Розрахунки  свідчать — потрібні порівняно невеликі площі, щоб забезпечити людство електроенергією. І така енергетика справді абсолютно екологічна, оскільки вона не нагріває додатково Землю, тому що використовує сонячне проміння, що і так падає на нашу планету.

Одержання електроенергії із сонячного проміння стало рентабельним не відразу. Досі головною перешкодою на шляху широкого впровадження сонячних батарей, що перетворюють сонячне проміння на електрику, була ціна, але завдяки стрімкому розвитку сонячної енергетики за останнє десятиліття ціни на дорогі кремнієві батареї знизилися майже втричі.

В Україні вже було розгорнуто виробництво кремнію в надзвичайно широких масштабах: у Волновасі Донецької області на Запорізькому титаномагнієвому комбінаті (ЗТМК), на світловодському заводі «Чисті метали». Це була майже суто українська монополія. Кремній, щоправда, був не найвищої якості, але в сучасних умовах його виробництво можна було б довести до більш якісного рівня. Власне це було золоте дно, проте виробництво кремнію взагалі припинилося.

Стримує ще більше поширення сонячної енергетики, поки що висока ціна енергії від сонячних елементів. Окупність енергії, що виробляється сонячними батареями, складає більше 20-30 років

Так, вартість 1 кВт/год електроенергії, яка виробляється фотомодулями, сьогодні значно вища, ніж для традиційної енергетики, але велика тенденція до зменшення ціни для сонячної енергетики та до зростання для традиційної енергетики. Сонячна енергетика вже може успішно конкурувати з традиційною в тих випадках, коли споживання енергії порівняно невелике, а підвести електроенергію від загальної електромережі дорого або зовсім неможливо. У цих випадках на перший план виступає не вартість електроенергії, а цінність або необхідність тих функцій, які здійснюються за рахунок електроенергії. Крім того, термін роботи сонячних елементів практично необмежений і може складати десятки років.

Щоб привернути увагу до можливостей використання поновлюваних джерел енергії, європейське відділення Міжнародної спілки сонячної енергії (МССЕ) (ІSЕS-Еuгоре), починаючи з 1994 року, на добровільній основі організовує щорічний День Сонця. Саме процес творчості приводить до зростання усвідомлення важливості тематики серед дітей, учителів, батьків та громадськості.

У розвинених країнах здійснюються потужні інвестиції в нові наукові розробки, головна мета яких — здешевлення сонячної енергії, що призведе до формування нових ринків споживання. Уряди США, Японії та Західної Європи стимулюють споживання сонячної енергії населенням у першу чергу тому,  що ця енергія екологічно чиста і дозволяє економити обмежені ресурси органічного палива.

Вимоги Європейського Союзу щодо подальшого розвитку європейського внутрішнього ринку електроенергії, Європейська комісія виконала ще в березні 2001 року, внесла на розгляд європейських країн пропозицію  об’єднати електроринок континенту до 2005 року. Держави-члени ЄС в свою чергу прагнуть якомога більше здешевити її виробництво. За наявності традиційних засобів виробництва вони все більше уваги приділяють розвитку вітрової та сонячної енергетики в промислових масштабах. Великі надії покладаються саме на енергію сонця. Навіть нафтові компанії, які є конкурентами використання сонячної енергії, не змагаються за енергетичний ринок, а, навпаки, вкладають гроші в нетрадиційну енергетику. Наприклад, минулого року англійська «Financial Times» повідомила, що англо-голландський нафтовий гігант Royal Dutch/Shell збирається щорічно інвестувати від 500 млн. доларів до 1 млрд. доларів у нетрадиційну енергетику. Так, подібно до інших провідних нафтових компаній, Shell завчасно готується до тих часів, коли розробка і видобуток нафти перестане приносити користь.

Фрайбург — місто в Німеччині, яке відоме у всьому світі завдяки своїм сонячним технологіям. У місті з 200-тисячним населенням є кілька сотень компаній, які працюють у сфері екології. Одна з них — Solar Fabrik — приватна компанія з десятирічним досвідом роботи. У Фрайбурзі розташовано чимало відомих установ, що займаються дослідженнями у галузі енергетики, зокрема Інститут Фраунгофера стосовно сонячних енергетичних систем.

Міжнародні енергетичні компанії, зокрема Shell, RWE, Vattenfall мають в Німеччині виробничі потужності, пов’язані з сонячною енергетикою. В країні їх приваблюють державні субсидії, націлені на сприяння розвитку альтернативних джерел енергії. Наприклад, місто Остин (США), з населенням близько 650 тисяч мешканців, має намір стати лідером країни у виробництві сонячного обладнання. Муніципальна комунальна служба міста «Austin Energy» наприкінці минулого року поставила за мету одержати до 2020 року 35% енергії за рахунок ВДЕ і підвищення енергоефективності. Компанія сподівається досягти своєї мети шляхом запро­вадження численних знижок і позичок у галузі сонячної енергетики для житлового і комерційного секторів.

А що робиться в галузі сонячної енергетики України? За підрахунками фахівців, на території України кількість сонячної енергії складає 1000-1350 кВт/ год/кв. м. За рівнем впливу сонячного випромінювання країна поділяється на чотири регіони. Найбільш перспективний - південний.

Нині українські науковці пропонують низку кон­структивних вирішень для підвищення ефективності перетворення сонячної енергії. Серед них: використання рельєфної поверхні батарей, формування батарей з двохсторонніми колекторами, використання оптичних концентраторів сонячних потоків. Чимало можуть дати технологічні вдосконалення й нові матеріали, зокрема, широке використання тонких плівок кремнію на органічних, металічних, склоподібних підкладках. Перспективними є багатошарові структури напівпровідників зі змінною шириною забороненої території. Нарешті, сонячні елементи з використанням органічних матеріалів уже зараз дають ККД до 7-10%. Проте найважливішою й найцікавішою для дослідників є перспектива масової появи сонячних батарей третього покоління, які використовують принципово нові фізичні принципи роботи. Це батареї на основі квантових надграток. За оцінками експертів, ці елементи третього покоління уже в 30-річній перспективі дозволять виробити батареї з надзвичайно високим ККД (до 80%) і з помірною ціною в 100 євро за кв. м. Це дасть змогу отримувати промислову електроенергію за ціною в 0,03 євро за кіловат-годину - меншою, аніж на традиційних теплових чи атомних електростанціях.

Економіка України має  відповідні потужності з виробництва необхідних компонентів та створення інфраструктури нової енергетики. Виробничі можливості тільки таких гігантів мікроелектроніки, як виробничі об’єднання «КВАЗАР», «ІРВА» (м. Київ), «Гравітон» (м. Чернівці), «Хартрон» (м. Харків), «Гамма» і «Електроавтоматика» (м. Запоріжжя), «Дніпро» (м. Херсон), «Позитрон»(Івано-Франківськ) дозволяють проводити повний технологічний цикл створення сонячних елементів. Україна має висококваліфікований науковий потенціал в цій галузі. Але зрозуміло, що така трансформація потребуватиме великої політичної волі відповідальних лідерів. Програма дій, яка за цим повинна стояти, зрозуміла. Це фінансування державою промисловості сонячних перетворювачів, це дотація на споживання екологічно чистої енергії. І, нарешті, це масштабне розширення фінансування наукових розробок.  

Багато політиків із країн пострадянського простору й дотепер вважають відновлювану енергетику справою далекого майбутнього. Але досвід інших міст світу вже довів, що є відмінний від традиційного енергетичний шлях.

Григорій Цвях

Використані матеріали статті Олександри Шепель «Сонячна енергетика - світовий досвід та перспективи розвитку в Україні» (Екологія Право Людина №1-2 2009р.)