В современном мире все больше внимания уделяется вопросам экологии и устойчивого развития. Одним из важных аспектов этой проблемы является снижение выбросов парниковых газов и сохранение окружающей среды, в связи с чем, возрастает интерес к альтернативным источникам энергии, которые могут заменить традиционные источники, такие как нефть и газ.
Первые два десятилетия XXI ознаменовались активным введением в эксплуатацию нетрадиционных возобновляемых источников энергии — ветроустановок и солнечных электростанций. Но с 2021 года снизился градус доверия к ветроустановкам после того, как зимой 2021 года произошли аварии на юге США и возникли сложности с их эксплуатацией.
Солнечные лучи доступны повсеместно и бесплатно, это открывает огромные возможности для экологически безопасного производства энергии: без выбросов парниковых газов и других вредных веществ, а также без шума и вибраций. Принцип работы солнечной панели подразумевает движение электронов под действием солнечных лучей, поэтому солнечные батареи могут использоваться как для производства электричества без подключения к электросети, так и для снижения затрат на электроэнергию в городах.
Солнечные панели состоят из нескольких компонентов: каркаса, ячеек, заднего листа, защитной пленки, проводников и крышки из закаленного стекла. Рама изготовлена из алюминия, элементы — из кремния, проводники — из меди, а задний лист и пленка — обычно из материала на основе полимера или пластика.
Солнечные панели могут быть установлены на крышах зданий, на специальных установках или на малых портативных устройствах. Даже в космических миссиях солнечные панели обеспечивают долговременное и надежное энергоснабжение, критически важное для научных исследований и обеспечения связи. Это означает, что люди и предприятия могут генерировать свою собственную электроэнергию, что снижает зависимость от централизованных сетей энергоснабжения, основанных на ископаемых видах топлива. Это также способствует устойчивости энергетической системы и повышает энергетическую безопасность.
Как известно, подготовительный процесс изготовления батарей включает в себя плавление кремниевого песка под воздействием высоких температур и последующий синтез с использованием различных химических элементов. В результате можно добиться высокой степени очистки кремния вплоть до 99%. Для формирования экструдированного алюминиевого каркаса и прокатки закаленного стекла требуются другие производственные процессы.
Основные аргументы противников использования солнечных панелей заключаются в том, что для производственного цикла при создании панелей потребляется больше энергии, чем они экономят впоследствии.
Другой аргумент заключается в том, что в производственном процессе используются токсичные химические вещества, которые приносят больше вреда, чем пользы.
Так, по утверждениям специалистов Фонда экологического образования (FEE), солнечные батареи, будучи одним из самых популярных источников возобновляемой энергии, оказались опасны для человека и природы. Вред здоровью наносят вещества, входящие в состав панелей. Солнечные батареи производят на основе моно- и поликремния, а полученный в процессе тетрахлорид кремния при неправильном использовании может привести к ожогам и способствовать развитию болезней легких. При контакте с водой вещество расщепляется до соляной кислоты.
Солнечная электростанция будет без проблем работать в течение 20-30 лет. В течение первых 10 лет КПД станции составляет не менее 90%, а после — не менее 80%. И около 90% неисправных и вышедших из строя солнечных панелей попадают на обычные свалки, так как это намного дешевле, чем переработка.
По данным Harvard Business Review, ожидается, что к 2031 году объем отходов солнечной энергетики на свалках превысит объем новых установок. Международное агентство по возобновляемой энергии прогнозирует в своем исследовании, опубликованном в 2019 году, что с 2030 по 2060 год мы можем получить около 9,8 млн тонн отходов от солнечных батарей. Лидерами по количеству таких отходов будут Китай (20 млн тонн), США (10 млн тонн), Япония и Индия (по 7,5 млн тонн).
Кажется, что это не такая большая цифра в контексте мировых выбросов, однако из-за опасных компонентов (тяжелые металлы, в том числе свинец) в составе при неправильной обработке солнечных батарей могут принести природе и человеку гораздо больше вреда, чем другие отходы.
Невыгодная, но необходимая переработка может быть двух видов:
Тонкая переработка. Предполагает извлечение из фотоэлементов практически всех составных частей и их обработку. Сначала выполняется удаление рамы и распределительной коробки, далее удаляется ламинирующая плёнка, извлекается стекло, металлы, кремниевые элементы, пластик.
Грубая переработка. Предполагает извлечение лишь основных материалов — стекла, алюминия. Сегодня это предпочтительный способ переработки, однако, он не позволяет должным образом обработать ценные и опасные отходы солнечной энергетики.
Как правило, утилизация осуществляется на заводах по переработке стекла и металла. В США и Европе владельцы солнечных батарей обязаны утилизировать вышедшие из строя фотоэлементы. Благодаря этому на западных рынках появились коммерческие крупномасштабные заводы по переработке солнечных панелей.
Субсидирование этой деятельности и побуждение производителей заниматься их экологичной утилизацией является одним из самых эффективных способов стимулировать переработку панелей. Компании-производители должны обслуживать оборудование до его изнашивания, а также перерабатывать панели, когда они окончательно выйдут из строя.
В России государственная программа строительства возобновляемых источников энергии стартовала в 2013 году. За 10 лет мощность объектов возобновляемой энергетики с нуля выросла до 6 ГВт. Это 70 солнечных электростанций суммарной мощностью около 2 ГВт, а также 26 ветропарков суммарной мощностью 2,5 ГВт. Эти станции были построены на базе российских солнечных панелей. К 2035 году мощность возобновляемых источников энергии в России должна составить 17 ГВт при текущих объемах в 6 ГВт.
В 2024 году состоялся запуск крупнейшего в России завода по производству кремниевых пластин для солнечных ячеек, необходимых для выработки энергии солнца. Мощности завода позволят ему каждый годы выпускать до 200 млн кремниевых пластин, которые в дальнейшем позволят создавать панели для выработки до 1,3 ГВт солнечной энергии в год. Энергетические комплексы уже возводят в Краснодарском и Ставропольском краях, в Калмыкии. Эти сооружения уже выполняют задачи по энергоснабжению, причем не только локальных объектов, но и комплексных, в том числе промышленных.
Москва
