Экологическая безопасность солнечных батарей

Актуальность работы Солнечная энергетика является альтернативой традиционным способам получения энергии на основе топливно-энергетических ресурсов. Во-первых, нефть, природный газ, уголь относятся к исчерпаемым и невозобновляемым природным ресурсам [32]. Во-вторых, при их сжигании образуются вещества, осложняющую экологическую обстановку не только в районах работы объектов энергетики, но и на всей планете. Выбросы углекислого газа усиливают парниковый эффект, что ведет к изменению климата. Образующиеся при сгорании угля и мазута оксиды серы и азота вредят здоровью человека и приводят к образованию кислотных дождей. Зола, попадающая в атмосферу, снижает её прозрачность, что негативно сказывается на процессе фотосинтеза, вызывает заболевания дыхательных путей.

---

Нам под силу даже аспирантский реферат в Томске . Закажите на Work5.

---

. После ряда серьёзных аварий на атомных электростанциях многие страны отказываются от использования этого многообещающего вида энергии. Еще одной проблемой, связанной с эксплуатацией атомных станций, является необходимость обезвреживания и утилизации высокорадиоактивных отходов [32]. Производство электроэнергии на гидроэлектростанциях, особенно на равнинных реках, приводит к серьёзным экологическим проблемам в результате деградации речных экосистем. Не все регионы обладают достаточным количеством гидроресурсов, пригодных для получения электроэнергии [32]. На фоне этих проблем солнечная энергия кажется разумной заменой традиционным энергетическим ресурсам [31]. Это неисчерпаемый источник энергии, при поглощении солнечного излучения не причиняется вред природным экосистемам. Почему же до сих пор развитие солнечной энергетики происходит малыми темпами? Причин здесь несколько. Это и периодичность поступления энергии, зависимость её от погодных условий. времени суток и времени года. И, пожалуй, главная причина – очень дорогое производство солнечных панелей, что делает электроэнергию, произведенную на солнечных электростанциях, неконкурентоспособной по сравнению с электроэнергией, произведенной традиционными способами. Нужны новые технологии производства фотоэлементов, которые сделают этот вид электроэнергии доступным потребителю [37]. Еще один вопрос возникает при серьезном рассмотрении проблемы. Да, солнечная энергия не производит вредных выбросов в атмосферу, но является ли экологически безопасным производство оборудования, необходимого для поглощения солнечной энергии? Объектом исследования являются солнечные батареи. Предметом исследования является экологическая безопасность про-изводственных процессов при изготовлении солнечных батарей. Цель работы: оценить экологическую безопасность солнечной энергетики. Задачи, которые необходимо выполнить: 1. Рассмотреть известные виды солнечных батарей, их достоинства и недостатки. 2. Изучить технологии производства солнечных батарей и оценить экологическую безопасность этого производства. При выполнении работы использованы методы: сбора информации при изучении периодических научных изданий и нормативных документов; анализа при изучении собранной информации; индукции для выявления общих закономерностей на основе изученных отдельных примеров; синтеза для создания общей картины по изученному вопросу; формализации при составлении таблиц. Теоретической основой исследования стали нормативно-правовые документы [1-8], монография [10], учебники [9,11], статьи в периодических научных изданиях [12-20,22,23,25-31,33-35,37,39-41,43,45,47,49-52], материалы научно-технических и научно-практических конференций [21,24,32,36,38,42, 44,46,48]. Работа имеет следующую структуру: введение, три главы, выводы, библиографический список и четыре приложения.

1. В настоящее время широко распространены кристаллические кремниевые солнечные элементы, имеющие КПД до 22%, срок службы до 50 лет, но высокую стоимость. Производства сверхчистого кремния –энергозатратный процесс, в нем используются токсичные реагенты, что не позволяет относить энергию, произведенную с помощью таких элементов к экологически чистой. 2. Солнечные тонкоплёночные элементы дешевле в изготовлении, но в качестве сырьевых компонентов используют токсичные кадмий, теллур, селен. Технология их производства достаточна сложна, связана с использование электромагнитных полей высокой напряженности. Эти технологии также нельзя отнести к экологически чистым. 3. Солнечные элементы на основе органических полимеров, а также гибридные элементы, содержащие как органические, так и неорганические элементы, перспективны с точки зрения возможности управления их свойствами. Технология их производства несложная, но КПД таких элементов пока находится на уровне 5 – 6%. 4. Наибольшее КПД (до 43%) получено у каскадных солнечных элементов, но их производство дорого, технологии сложны и связаны с применением токсичного мышьяка. 5. В настоящее время не существует идеальной технологии, позволяющей получать солнечные элементы невысокой стоимости, с высоким КПД, и не оказывающей опасного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

1. ГОСТ 12.1.002-84 Система стандартов безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах (в ред. 21.12.2017). – Введ. 1986.01.01 [Электронный ресурс] / Интернет и право – Электрон. дан. – Режим доступа : http://internet-law.ru/gosts/gost/39086/ (дата обращения 24.01.2018). 2. ГОСТ 12.1.006-84 Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах (в ред. 21.12.2017). – Введ. 1986-01-01. [Электронный ресурс] / Интернет и право – Электрон. дан. – Режим доступа : http://internet-law.ru/gosts/gost/20951/ (дата обращения 24.01.2018). 3. ГОСТ 12.1.045-84 Система стандартов безопасности труда. Электро-статические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля (в ред. 21.12.2017). – Введ. 1985-06-30. [Электронный ресурс] / Интернет и право – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.internet-law.ru/gosts/gost/2729/ (дата обращения 24.01.2018). 4. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. 2.2.4. Физические факторы производственной среды. 2.1.8. Физические факторы окружающей среды. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). Санитарные правила и нормы (в ред. от 19.02.2003). – Введ. 1996-05-08. [Электронный ресурс] / ВашДом.RU – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.vashdom.ru/sanpin/224_218055-96/ (дата обращения 24.01.2018). 5. СанПин 2.2.4.3359-16 Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах. – Введ 2016-06-21. [Элек-тронный ресурс] / Гарант.ру – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71362000/ (дата обращения 24.01.2018). 6. ГН 2.1.6.3492-17 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений. – Введ. 2017-12-22. [Электронный ресурс] / Консультант Плюс – 1999-2017 – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=LAW&n=287450&fld=134&dst=100025,0&rnd=0.24255242477146277#0 (дата обращения 23.01.2018). 7. ГН 2.2.5.1313-03 (в ред. от 29.06.2017) Химические факторы производственной среды. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны – Введ. 2003-04-27. [Электронный ресурс] / Консультант Плюс – 1999-2017 – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=LAW&n=222882&fld=134&dst=1000000001,0&rnd=0.6142432401541025#0 (дата обращения 23.01.2018). 8. ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. – Введ. 2003-06-15 (в ред. от 13.07.2017). [Электронный ресурс] / Консультант Плюс – 1999-2017 – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_43149/1a64a219826a8768b01d1c4d813eaa7a6859fa4a/ (дата обращения 23.01.2018). 9. Бессель, В.В. Изучение солнечных фотоэлектрических элементов : учебно-методическое пособие / В.В. Бессель, В.Г. Кучеров, Р.Д. Мингалеева. – М. : ИЦ РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2016. – 90 с. 10. Нагибина, И.Ю. Получение, оптические и адсорболюминесцентные свойства системы CdTe-ZnS / И.Ю. Нагибина, Е.О. Карпова : монография. – Омск : ОмГТУ, 2015. – 112 с. 11. Певзнер, М.Е. Горная экология : учебное пособие / М.Е. Певзнер. – М. : МГГУ, 2003. – 395. 12. Аккуратов, А.В. Сопряженные полимеры с фрагментами бензотиадиазола, бензоксадиазола и бензотриазола как перспективные полупроводниковые материалы для органических солнечных батарей / А.В. Аккуратов, П.А. Трошин // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 2014. – Т. 56. – № 4 – С. 371. 13. Алейник, В.Н. Фотовольтаика и нанотехнологии / В.Н. Алейник // Труды Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород : БГТУ, 2015. – С. 3095-3102. 14. Алешин, А.Н. Солнечные элементы на основе полимерных и композитных (органика – неорганика) материалов / А.Н. Алешин // Инновации. – 2012. – № 7 (165) – С. 96-108. 15. Алфимов, М.В. Органическая нанофотоника / М.В. Алфимов // Российские нанотехнологии. – 2008. – Т. 3. – №. 9-10 – С. 1-2. 16. Ахмедов, Х.М. Солнечные элементы на основе органических полупроводников / Х.М. Ахмедов, Х.С. Каримов // Известия Академии наук Республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. – 2011. – № 1 – С. 109-117. 17. Баранов, Ю.Н. Исследование возможности выращивания монокристаллического кремния с помощью хлоридной газотранспортной эпитаксии / Ю.Н. Баранов [и др.] // Электроника и микроэлектроника СВЧ. – 2015. – Т. 2. – № 1 – С. 49-54. 18. Гаджиев, Т.М. Формирование тонкой пленки CuInSe2 методом селенизации / Т.М. Гаджиев [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2016. – № 11 – С. 100-104. 19. Герасименко, Ю.В. Синтез тонких пленок CuInSe2 магнетронным распылением и их свойства / Ю.В. Герасименко [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2010. – Т. 12. – № 4 – С. 355-359. 20. Грабовецкая, К.А. Обзор солнечных панелей для систем автономного питания / К.А. Грабовецкая [и др.] // Молодой ученый. – 2016. – № 22-3 (126) – С. 29-32. 21. Давтян, А.Ю. Экспериментальное исследование по нарезке монокристаллического кремния / А.Ю. Давтян [и др.] // Наука сегодня: теория и практика. Материалы международной научно-пактической конференции. Научный центр «Диспут». – Вологда : ООО «Маркер». – С. 31-32. 22. Даньшина, В.В. Сравнительный анализ толщины и электрической проводимости тонких халькогенидных полупро-водниковых плёнок / В.В. Даньшина, Л.Ф. Калистратова // Физика твердого тела. – 2017. – Т. 559. - № 1 – С. 172-175. 23. Дергачева, М.Б. Электроосаждение пленок CdTe из аммиачного хлоридного буферного электролита / М.Б. Дергачева, В.Н. Стацюк, Л.А. Фогель // Журнал прикладной химии. -2004. – Т. 77. – № 2 – С. 230-234. 24. Евщик, Е.Ю. Исследование электрохимических свойств тонкопленочных кремниевых анодов, полученных магнетронным напылением / Е.Ю. Евщик и [и др.] // Успехи химической физики. Сборник тезисов докладов на III Всероссийской молодёжной конференции. – М. : ИД «Граница», 2016. – С. 220. 25. Ермолаев, Ф.А. Инновации в области солнечной энергетики / Ф.А. Ермолаев // Вестник магистратуры. – 2016. – № 12-4 (63) – С. 57. 26. Захарова, И.Б. Оптические и структурные свойства плёнок фуллерена с добавлением теллурида кадмия / И.Б. Захарова [и др.] // Физика твердого тела. – 2014. – Т.56 – № 5 – С. 1024-1029. 27. Ильин, С.Ю. Гибкая фотонинка в техногенной эволюции среды обитания человека / С.Ю. Ильин, В.В. Лучинин // Биоехносфера. – 2014. – №3 (33) – С. 3-12. 28. Ильчук, Г.А. Морфология, структура и состав поликристаллических пленок CdTe, выращенных на трехмерных подложках / Г.А. Ильчук [и др.] // Неорганические материалы. – 2013. – Т.49. – № 4 – С.341. 29. Календеров, А.Ж. Получение аморфных пленок кремния магнетронным напылением / А.Ж. Календеров // Вестник КГУСТА. – 2012. – № 1 – С. 106-110. 30. Картавцев, Д.В. Структурные исследования гетероструктур на основе монокристаллического кремния для создания солнечных фотоэлементов / Д.В. Картавцев, С.В. Кузубов, А.С. Мальцев // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. – 2015. – Т. 2. – № 1(6) – С. 30-32. 31. Кашкаров, П.К. Тонкопленочные солнечные элементы в прошлом и будущем / П.К. Кашкаров [и др.] // Природа. – 2013. – № 12 – С. 56-64. 32. Коротков, С.Е. Экологическое преимущество возобновляемых источников энергии (ветровая и солнечная энергетика) / С.Е. Коротков // Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – Томск : ТПУ, 2014. - С. 172-174. 33. Крылов, П.Н. Оптические свойства пленок ITO, полученных высокочастотным магнетронным напылением с сопутствующей ионной обработкой / П.Н. Крылов, Р.М. Закирова, И.В. Федотова // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т.47. - № 10 – С. 1421-1424. 34. Кульчицкий, Н.А. Современное состояние производства CdTe, ZnTe и Cd1-хZnхTe / Н.А. Кульчицкий, А.В. Наумов // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. – 2010. – № 2 – С. 17-24. 35. Кульчицкий, Н.А. Современные тонкопленочные фотоэлектрические преобразователи / Н.А. Кульчицкий, А.В. Наумов // Наноинженерия. – 2013. – № 4(22) – С. 14-25. 36. Куненко, А.В. Миф экологичности солнечной энергетики / А.В. Куненко // Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции 27-28 ноября 2013. – М.-Берлин : Директ-Медиа, 2015. – С. 83-85. 37. Ларин, В. Солнечные электростанции России / В. Ларин // Энергия: экономика, техника, экология. – 2015. – № 12 – С. 38-41. 38. Липчанский, Д.С. Экологически безопасные технологии получения тонкоплёночных покрытий на поверхности твердого тела / Д.С. Липчанский, Е.А. Ибрагимов // Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции 27-28 ноября 2013. – М.-Берлин : Директ-Медиа, 2015. – С. 184-187. 39. Мукашев, Б.Н. Исследование процессов получения кремния и разработка технологий изготовления солнечных элементов / Б.Н. Мукашев [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т. 49. – № 10 – С.1421-1428. 40. Наумов, А.В. О некоторых аспектах развития солнечной энергетики на основе теллурида кадмия / А.В. Наумов, С.И. Плеханов // Экология и промышленность России. – 2010. – № 12 – С. 30-33. 41. Наумов, А.В. Развитие солнечной энергетики на основе тонкопленочных CIGS-элементов / А.В. Наумов, С.И. Плеханов // Энергия: экономика, техника, экология. – 2013. - № 7 – с.14-21. 42. Некрасова, М.Е. Альтернативная энергетика: замена углеводородов на энергию Солнца / М.Е. Некрасова // Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Т.1 – Томск : ТПУ, 2015. - С. 117-119. 43. Петрушкин, А.А. Инновации в разработке солнечных элементов // Молодой ученый. – 2017. – № 18(152) – С.70-78. 44. Попова, Е.А. Перспективы применения графена в нанотехнологии / Е.А. Попова, П.В. Степаненко, А.Ю. Рукавицин // Традиционная и инновационная наука: история, современное состояние, перспективы. Сборник статей Международной научно-практической конференции. – Уфа: ООО «Аэтерна», 2016. – С. 61-64. 45. Сагателян, Г.Р. Анализ распределения толщины тонкопленочного покрытия при магнетронном напылении на установках с планетарным перемещением подложки / Г.Р. Сагателян, А.В. Шишлов // Машиностроительные и компьютерные технологии. – 2014. – № 11. – С. 458 – 481. 46. Скрипаченко, К.К. Блок магнетронного напыления / К.К. Скрипаченко, А.И. Шумилин, С.Я. Пичхидзе // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях. Сборник научных трудов 4-ой Международной научно-практической конференции. – Курск : ЗАО «Университетская книга», 2014. – С. 158-159. 47. Смирнова, А.И. Применение расчетных методов для направленного дизайна твердотельных солнечных батарей каскадного типа на основе смешанно-замещенных производных фталоцианина / А.И. Смирнова [и др.] // Жидкие кристаллы и их практическое использование. – 2016. – Т. 16. - № 4 – С. 42-51. 48. Софич, Д.О. Утилизация отходов кремниевого производства / Д.О. Софич, А.Я. Машович // Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции 27-28 ноября 2013. – М.-Берлин : Директ-Медиа, 2015. – С. 208-210. 49. Туджанова, И.Н. Перспективы использования фотоэлементов на основе кремния / И.Н. Туджанова // Апробация. – 2014. – № 12 (27) – С. 7-9. 50. Уразов, К.А. Состав и структура пленочных материалов CuInSe2, полученных методом электроосаждения / К.А. Уразов, М.Б. Дергачева, К.А. Маева // Вестник Тамбовского университета. Серия : Естественные и технические науки. – 2013. – Т.18. - № 5 – С. 2385-2389. 51. Шелег, В.К. Повышение эффективность использования монокристаллического кремния при резке слитков на пластины / В.К. Шелег [и др.] // Наука и техника. – 2009. – № 2 – С. 20-25. 52. Яблонский, С.В. Фотоприёмники с внутренним усилением на основе медного комплекса фталоцианина / С.В. Яблонский [и др.] // Жидкие кристаллы и их практическое использование. – 2013. – № 4 (46) – С. 34-44.