Солнечная энергия как экологический фактор или как СЭС влияют на окружающую среду

В наших умах закрепилось устойчивое мнение о безопасности и экологичности солнечной энергии и технологии СЭС вообще. Действительно, панели не дымят, не требуют топлива и не повышают радиационный фон, но делает ли это их безопасными? Исследованию отрицательных эффектов СЭС посвящены многие научные статьи и опыты, результаты которых могут подорвать веру человечества в чистую возобновляемую энергию. Наблюдается ли отрицательное влияние солнечной энергии на окружающую среду и насколько это опасно для человека? 

Взаимодействие солнечной энергетики и экологии

На данный момент массово используются 2 “солнечных” технологии — фотоэлектрические панели для генерации энергии и солнечные коллекторы для подогрева воды. Эти устройства оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на окружающую среду, правда последнее афишируется меньше. Исследования по каждой технологии приведены ниже. 

Влияние солнечных электростанций на окружающую среду

Как и уверяют продавцы и производители СЭС — солнечные панели вырабатывают энергию без загрязнения окружающей среды и выброса вредных веществ, однако при этом не афишируются особенности производства фотоэлектрических элементов. 

Для изготовления 1м2 солнечных батарей требуется примерно 600 кВт/часов энергии, а модуль площадью 1м2 в год вырабатывает 200 кВт/часов. То есть солнечная электростанция на 1 квт (примерно 6,5 м2) требует для своего производства 3900 квт/час (среднегодовое потребление небольшого дома или квартиры), которые отработает только через 3 года. Более того, к примеру, солнечные электростанции китайского производства изготавливаются на заводах, подключенных к ТЭС, то есть для их производства требуются дополнительные выбросы в атмосферу. 

Кроме чисто энергетических проблем также появляются экологические вопросы. При производстве кремния (основы для фотоэлектрических элементов) образуются побочные химические вещества, опасные для человека и окружающей среды. Ядохимикаты характерны и для производственного процесса свинцово-кислотных АКБ для СЭС, которые до сих пор распространены в Индии и Китае. 

Американские ученые в качестве проблемы даже называют обеспечение достаточного количества воды для мытья панелей, но вряд ли для СЭС потребуется 150 000 м3 воды в сутки — именно столько потребляет средней мощности ТЭС для образования пара и охлаждения системы. 

Все указанные выше проблемы носят технический характер и во многом зависят от государства. Если обеспечен полный цикл переработки и утилизации ядохимикатов — влияние на экосистему минимизируется в несколько раз и не идет в сравнение с ТЭС и АЭС, которые отравляют гектары земли и миллионы тонн пресной воды. Кроме того, совершенствуется и сама технология производства — те же тонкопленочные модули требуют при производстве в 10 раз меньше кремния, чем твердотельные аналоги. 

Что касается того как солнечная энергия и ее влияние проявляются при производстве энергии , то отмечается 3 отрицательных фактора: 

• В местности, где работают солнечные электростанции средняя температура ниже на 5 градусов, чем по региону, что может сказаться на растениях и частично фауне;
• СЭС требуют много земли (в 8 раз больше, чем ТЭС) на производство 1 кВт энергии и часто это земли, на которых обитает флора и фауна. При отсутствии возможности изменить ареал некоторые виды могут пострадать; 
• Электростанции-концентраторы убивают отраженными лучами птиц, что наблюдалось в Калифорнии при запуске СЭС на 320 тысяч зеркал. 

Но опять же, это характерно только для крупных сетевых электростанций, занимающих большие площади. Применение солнечных модулей на фасадах зданий городов и частных домохозяйств не вызывает таких изменений в экосистеме. 

Влияние солнечных коллекторов на окружающую среду

В отличие от солнечных электростанций, по коллекторам столь подробные исследования отсутствуют. Можно отметить, что это безопасная технология, которая оказывает меньше влияния на окружающую среду и вот почему: 

• Производство коллекторов требует меньше редкоземельных металлов и опасных химических веществ, необходимых при изготовлении фотоэлектрических элементов;
• Солнечные коллекторы устанавливаются в основном на крышах и фасадах зданий, поэтому не занимают плодородные земли;
• Утилизация трубчатых коллекторов более проста, чем фотоэлектрических модулей — стекло и металл из которых они состоят, легко перерабатываются;
• В отличие от СЭС, коллекторы не концентрируются на большой площади (централизованных коллекторных станций нагрева просто нет) и не могут влиять на экосистему даже на локальном уровне.

Безопасность солнечных коллекторов подтверждается их распространенностью. Так, еще с 80-х в Израиле новые дома в обязательном порядке комплектуются солнечным водонагревателем, с 2006-го коллекторы обязаны устанавливать на новых постройках в Испании, а в Китае уже в 2007-м работало более 60 000 000 этих устройств. 

Последствия развития солнечной энергетики: пользы больше чем вреда

Действительно, солнечная энергетика не так “чиста”, как ее пытаются представить производители солнечных панелей и владельцы СЭС, однако данная технология превосходит по экологичности все существующие на данный момент аналоги. 

Состоянием на 2013-й год СЭС вырабатывали 160 тВт/ч электроэнергии в год. При генерации такого же количества энергии на традиционных ТЭС в атмосферу уходит порядка 140 000 000 тонн загрязняющих веществ. По прогнозам в 2019-м производительность СЭС возрастет до 390 тВт/часов, а в 2022 до 870 тВт/часов, а это предотвратит выброс еще примерно 700 000 000 тонн загрязняющих веществ в год. 

Недостатки, связанные с производственным процессом фотоэлектрических модулей (отравление почвы, образование опасных химвеществ и энергозатратность) присутствуют, однако:

1. Это технологический вопрос, который затрагивает всю сферу производства. Такие вещества как кадмий выделяются и при изготовлении карманных фонариков, но это мало кого беспокоит. По мере открытия новых материалов технология производства будет совершенствоваться, что минимизирует вред производственного процесса;
2. Опасные побочные продукты характерны для всех отраслей энергетики. И если в СЭС они генерируются только на стадии производства, то АЭС каждый год оставляют такое количество отработанного топлива (плутония), что его хватило бы на создание примитивного ядерного оружия. 

Однако, в отличие от карманных фонариков, компьютеров и АЭС, солнечные электростанции компенсируют выбросы и ядохимикаты за счет чистой генерации энергии. Это подтверждают опубликованные результаты исследований голландских ученых. В них сказано, что СЭС еще в 2011-м выработанной “чистой” энергией компенсировали выбросы, необходимые для их производства. К 2018-му солнечные панели и вовсе позволили снизить общий уровень выбросов в атмосферу. 

Поэтому, говоря о солнечной энергетике можно перефразировать Черчилля — это не 100% “чистая” технология, но лучше мы пока не придумали.