З кожним роком попит на енергоносії в Україні та світі зростає. Це зумовлено розвитком промисловості, збільшенням населення та підвищенням якості життя. Забезпечення стабільного та надійного енергопостачання є важливою національною та глобальною потребою. З іншого боку, продовження використання викопного палива (нафта, газ, вугілля) призводить до виснаження ресурсів, забруднення навколишнього середовища та погіршення стану екології, що впливає на здоров’я людей.
У 1991 році ООН затвердила першу світову кліматичну угоду — Рамкову конвенцію про зміну клімату. Саме тоді на високому рівні вперше прозвучав заклик зменшувати викиди парникових газів і переходити на відновлювані джерела енергії (ВДЕ). На виконання конвенції був укладений Кіотський протокол, націлений стабілізувати викиди парникових газів у 2008–2012 роках. У 2015 році була прийнята Паризька угода, яка передбачає конкретні кроки урядів всіх країн для стримання глобального потепління. Оскільки викопне паливо утворює найбільше парникових газів, держави та бізнес мають інвестувати у розвиток чистих енергетичних технологій, щоб запобігти кліматичній кризі.
У 2017 році Кабінет Міністрів України прийняв енергетичну стратегію до 2035 року. Одна із ключових засад стратегії - це забеспечити найшвидший розвиток відновлюваної енергетики з прогнозованим збільшенням частки у загальній структурі первинного енергопостачання до 25%. Як наслідок, вже через два роки Україна увійшла до десятки країн-лідерів щодо розвитку «зеленої» енергетики. З 2018 до 2020 року потужність сонячної енергетики збільшилася майже вп'ятеро!
Відновлювана або «зелена» енергетика — це енергетична галузь, що спеціалізується у використанні ВДЕ, таких як сонячне світло, вітер, вода, біопаливо та інші. При цьому сонячна енергетика займає лідируюче місце серед усіх видів ВДЕ і є найбільш перспективною!
Провідні дослідження свідчать, що енергетичний потенціал сонячного випромінювання, що поглинається нашою планетою, у чотири рази перевищує загальносвітовий попит на енергію та в два рази перевищує світові енергетичні запаси викопного палива (уран, газ, нафта і вугілля). При цьому вартість електроенергії за «сонячною» технологією становить 0,06-0,09$ за кВт/год і є нижча за вартість електроенергії за технологією викопного палива, яка становить 0,08- 0,19$ за кВт/год. Беручи до уваги безшумність роботи СЕС, простоту автоматизації, безпеку в експлуатації, надійність, ремонтопридатність і низькі експлуатаційні витрати, не випадково сонячна енергетика демонструє найбільш високий темп розвитку порівняно з іншими секторами енергетики. Завдяки конкуренції на ринку ВДЕ спостерігається постійне зниження вартості існуючих технологій та їх вдосконалення. Наприклад, за період з 2012 по 2022р. вартість сонячних панелей зменшилась приблизно на 90 відсотків!
Схема побутової автономної сонячної електростанції
Сьогодні все частіше спостерігається вже звична для багатьох картина: стоїть будинок, а на даху красуються сонячні панелі. Але вони є лише частиною цілої системи, що забезпечує електрикою приватне господарство та дає можливість бути автономним від загальної електромережі.
Трохи теорії… принцип роботи сонячної електростанції (СЕС) доволі простий: під впливом потоку світла сонячні модулі генерують постійний електричний струм, який через контролер заряду накопичує електроенергію в акумуляторних батареях (АКБ). Для того, щоб перетворити постійний струм АКБ в змінний струм, необхідний для роботи більшості електроприладів, використовується інвертор.
Але використовувати таке ВДЕ як сонячне світло варто лише там, де цього світла достатньо! Є такий параметр, як сонячна інсоляція – це кількість сонячної радіації або енергії, що надходить під прямим кутом на поверхню площею один квадратний метр, за одну одиницю часу (день, місяць, рік).
Сонячна інсоляція залежить від висоти сонця, хмарності та інших природних явищ, кута падіння сонячних променів (ранок, опівдні, вечір). У зв'язку з такими відмінностями зручніше користуватися усередненими показниками в залежності від пори року та місця розташування. Наприклад, наведений графік усередненої місячної інсоляції для Криму.
Графік усередненої місячної інсоляції для Криму
Показник річної сонячної інсоляції дає уявлення про ефективність використання СЕС у конкретному регіоні. На карті нижче зазначено кількість сонячної енергії, що сумарно за рік падає на поверхню сонячного модуля площею один квадратний метр (при цьому поверхня має нахил у бік екватора під кутом, рівним географічній широті місця проведення вимірювання).
Сонячна інсоляція за рік по регіонах України, кВт*год
В Україні річна кількість сонячної радіації коливається від 950 до 1450 кВт•год/м². Найвищим цей показник є у південних областях (АР Крим, Миколаївська, Херсонська, Одеська області) та найнижчим - у північних і північно-західних регіонах (Чернігівська, Волинська та Карпатська області). Як бачимо, ефективність використання сонячної енергії є різною в залежності від кліматичних особливостей регіонів. Але загалом сприятливий український клімат дозволяє практично у всіх регіонах ефективно генерувати сонячну електроенергію в період з березня по жовтень включно! Ці дані свідчать про суттєвий потенціал для розвитку СЕС в Україні.
Для порівняння, у європейських країнах річна кількість сонячної інсоляції коливається від 800 кВт•год/м² на півночі Великої Британії та Норвегії до 2000 кВт•год/м² на півдні Іспанії. Лідерами тут є Португалія, Іспанія, Франція та Італія. А в загальносвітовому маштабі такі країни, як США та Китай залишаються лідерами за обсягом загальної потужністі й річного прирісту нових потужностей СЕС.
У лютому 2011 року компанія Active Solar побудувала першу в України великомасштабну СЕС потужністю 7,5 МВт поблизу села Родникового, приблизно за 3 кілометри від Сімферополя, столиці АР Крим. Загальна кількість встановлених сонячних модулів становила близько 34000 на площі близько 15 гектарів. Після пілотного проєкту в Родниковому розпочалося будівництво сонячних електростанцій у різних регіонах України.
Мапа найпотужніших СЕС України
До повномасштабного вторгнення встановлена потужність сонячної енергетики в Україні становила 6 ГВт або близько 5% загальної енергосистеми. На 2024 рік на частку сонячних електростанцій припадає близько 75% виробництва «зеленої» енергії в Україні (без урахування великих гідроелектростанцій). Наразі в країні налічується більше 15000 об'єктів сонячної генерації різної потужності (875 промислові та 14790 домогосподарства). Комерційні сонячні електростанції розташовані в 21 регіонів України. За фаховими оцінками, до 2030 року в енергетичному секторі ВДЕ буде працювати понад 50 тисяч осіб, з яких 50% будуть зайняті в сонячній енергетиці. На жаль, за два роки повномаштабного вторгення було зруйновано чи пошкоджено близько 13% промислових сонячних електростанцій.
Для розвитку галузі сонячної енергетики дуже важлива відповідна державна підтримка: залучення прямих інвестицій, зменшення податків, «зелені» тарифи, міжнародні та приватні гранти. Уряд має стимулювати розвиток альтернативних джерел енергії як на макрорівні (будівництво сонячних електростанцій та парків сонячних систем) так і на мікрорівні (побутові СЕС, системи вуличного освітлення). Цікаво, що у розвинутих країнах зі стабільною економікою існує взаємозв’язок між самопочуттям населення та розвитком відновлюваної енергетики. І це не дивно, бо впровадження СЕС у приватний та промисловий сектори посилює енергетичну безпеку держави, сприяє децентралізації та розвитку територіальних громад, покращує інвестиційний клімат та створює нові робочі місця.
Гарним прикладом інвестицій великого українського та міжнародного бізнесу в сонячну енергетику є Нікопольска СЕС. У 2019 році українська енергетична компанія ДТЕК ВДЕ разом із китайською машинобудівною корпорацією CMEC (Chinese Machine-Building Corporation) реалізували проект вартістю 216 мільйонів євро та побудували найбільшу в Україні сонячну електростанцію (СЕС) потужністю 200 МВт, розташовану на Дніпропетровщині поблизу Нікополя на території відпрацьованого рудного кар'єру.
Нікопольська СЕС
Проект дав змогу регіональним підприємствам (трубному та феросплавному заводам) отримувати електроспоживання місцево в разі проблем із загальною електромережою. Крім того, поява Нікопольскої СЕС позитивно вплинула й на соціальну сферу в регіоні, завдяки тому що керівна компанія з перших днів роботи почала спонсорувати деякі соціальні проекти місцевих громад (Покровської та Першотравневської), особливо під час ковіду та після початку повномаштабного вторгнення: розвозили по домівкам сухпайки, доставляли медичні препарати, закупали великі електрогенератори, допомагали питною водою селам після підриву дамби Каховської ГЕС.
Завдяки таким законодавчим новаціям, як перехід від зеленого тарифу до аукціонів, у 2022 році Україна встановила рекордні 3,5 ГВт сонячної енергії, посівши третє місце в Європі й дев'яте у світі за прирістом нових потужностей.
Таким чином, сонячна енергетика має вражаючі перспективи розвитку в Україні й може стати ключовим відновлюваним джерелом енергії для забезпечення сталого розвитку енергетичної системи, а також посприяє балансу потреб суспільства та можливостей національної економіки, посилить рівень енергетичної безпеки та незалежності країни, зменшить екодеструктивне навантаження на природне середовище та здоров’я людей, дозволить реалізувати енергетичну стратегію декарбонізації (припинення субсидування викопного палива, запровадження податку за викиди вуглецю, а в майбутньому повна відмова від використання викопного палива) та досягти вуглецевої нейтральності до 2060 року.
Струтинська Дарина, 8Б