Сучасний розвиток світової економіки невід’ємно пов’язаний зі зростанням темпів виробництва енергії. Це зумовлюється багатьма факторами: загальним збільшенням світового товаровиробництва, розвитком транспорту та телекомунікацій, розробкою віддалених родовищ корисних копалин, утилізацією відходів, ростом споживання енергії у побуті, технічним переозброєнням армій тощо. Тому темпи зростання виробництва енергії перевищують нині темпи зростання населення Землі. Зараз перед енергетикою стоїть багато проблем, і найбільш гостра — проблема її джерел. Нині 6 млрд осіб на Землі споживають понад 12 млрд. кВт енергії за рік. Її отримують за рахунок вугілля на 26%, нафти — на 42%, газу — на 20%, гідроенергії — на 4%, роботи атомних станцій — на 5%, інших джерел — на 3%. Тобто близько 90% енергії ми отримуємо за рахунок органічних видів палива — нафти, вугілля, газу.
За різними оцінками, органічного палива нам вистачить ще на 50—100 років. Проте використання його супроводжується високим рівнем забруднення атмосфери Землі. Теж саме можна сказати і про ядерну енергетику, яка має значно більше сировинних ресурсів, ніж органічне паливо. Нині, на думку багатьох фахівців, вона вже не може вважатися перспективним видом енергії через високий ризик радіоактивного забруднення навколишнього середовища.
Ми всі розуміємо: звичний клімат змінився безповоротно. Звичайними для нас стали небувалої сили смерчі далеко поза зоною тропіків, повені, засухи та пожежі, які нищать цілі регіони. Уже і ЮНЕСКО, і ООН визнали: відбулося незворотне порушення екологічної рівноваги, спричинене безвідповідальною діяльністю людини, яка продовжує й надалі нарощувати обсяги виробництва та споживання, не дбаючи про наслідки.
ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ НЕ МАЄ РІВНИХ
Тому у світі все більше почали звертати увагу на використання відновлюваних джерел енергії. Практично всі джерела енергії повністю зумовлені прямою дією Сонця. Одним із найбільш перспективних джерел енергії є пряме перетворення сонячного випромінювання в електрику в напівпровідникових сонячних елементах. Нині індустрія, яка пов’язана з виробництвом сонячних батарей, переживає неабиякий бум. Найбільш інтенсивно сонячна енергія використовується в Європі: за кількістю виробленої енергії перша 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 т нафти. Розрахунки показують — потрібні порівняно невеликі площі, щоб забезпечити людство електроенергією. І така енергетика справді абсолютно екологічна — вона не нагріває додатково Землю, оскільки використовує сонячне проміння, що все одно 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 ще за часів Союзу було розгорнуто виробництво кремнію в надзвичайно широких масштабах: у Волновасі Донецької області, на Запорізькому титано-магнієвому 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 Клондайк не утворився. А з розпадом Союзу виробництво кремнію взагалі припинилося.
Єдине, що стримує ще поширення сонячної енергетики — це висока ціна енергії, яку отримують від сонячних елементів. Тому окупність енергії, що виробляється сонячними батареями, складає більше ніж 20—30 років. Вартість 1 кВт/год електроенергії, яка виробляється фотомодулями, сьогодні значно вища, ніж для традиційної енергетики, але слід зауважити, що, по-перше, ця величина має тенденцію до зменшення для сонячної енергетики та до зростання для традиційної енергетики, а по-друге, сонячна енергетика 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.
ІДЕЯ ПРОСТА, АЛЕ НЕДЕШЕВА
Щоб привернути увагу до можливостей використання поновлюваних джерел енергії, європейське відділення Міжнародної спілки сонячної енергії (MCCE) (ISES-Europe), 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 приведе до формування нових ринків споживання. Уряди США, Японії та Західної Європи стимулюють споживання сонячної енергії населенням в першу чергу тому, що ця енергія екологічно чиста і дозволяє економити обмежені ресурси органічного палива.
Європейська комісія ще в березні 2001 року внесла на розгляд європейських країн пропозицію об’єднати електроринок континенту до 2005 року. Тим самим вона виконала вимоги Європейського Союзу щодо подальшого розвитку європейського внутрішнього ринку електроенергії. Держави — члени ЄС, в свою чергу, прагнуть якомога більше здешевити її виробництво. За існування 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. до $1 млрд. у нетрадиційну енергетику. Подібно до інших провідних нафтових компаній, Shell завчасно готується до тих часів, коли розробка і видобуток нафти припинять 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 сонячних енергетичних систем.
Міжнародні енергетичні компанії — такі, як Shell, RWE та Vattenfall, — мають у 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 та комерційного секторів.
За підрахунками фахівців, на території України кількість сонячної енергії складає 1000—1350 кВт/год на кв. м. За рівнем впливу сонячного випромінювання країна поділяється на чотири регіони. Найбільш перспективний — південний.
Нині українські науковці пропонують низку конструктивних рішень для підвищення ефективності перетворення сонячної енергії. Серед них: використання рельєфної поверхні батарей, формування батарей із двосторонніми 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. Звичайно, так станеться, якщо буде надано масштабну державну підтримку на промислове виробництво та наукові пошуки.
Таким чином, застосування в Україні альтернативних джерел енергії, в першу чергу сонячної енергетики, без сумніву, дасть користь. Економіка України має відповідні потужності з виробництва необхідних компонентів та створення інфраструктури такої енергетики. 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 у цій галузі.
Така трансформація потребуватиме великої політичної волі відповідальних лідерів. Програма дій, яка за цим повинна стояти, зрозуміла: фінансування державою промисловості сонячних перетворювачів, дотація на споживання екологічно чистої енергії і масштабне розширення фінансування наукових розробок. Досвід інших міст світу вже довів, що є відмінний від традиційного енергетичний шлях, і якщо наше мислення не зміниться, у найближчій перспективі нам доведеться імпортувати енергію, отриману за рахунок ВДЕ, із Заходу.
