Установки солнечной энергии: Солнечная электростанция — Википедия – Солнечная энергетика — Википедия

Солнечная энергетика — Википедия

Карта солнечного излучения

Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии^[1] и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования^[2]. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии. Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой или солью для последующего использования нагретой воды для отопления, горячего водоснабжения или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP — Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч света. Этот луч используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости.

Карта солнечного излучения — Европа

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в

π раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.

Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

Достоинства[править | править код]

• Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.
• Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки[править | править код]

• Зависимость от погоды и времени суток^[3].
• Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах, необходимость аккумуляции энергии.
• При промышленном производстве — необходимость дублирования солнечных энергетических установок традиционными сопоставимой мощности.
• Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).
• Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения.
• Нагрев атмосферы над электростанцией.
• Необходимость использования больших площадей^[3].
• Сложность производства и утилизации самих фотоэлементов в связи с содержанием в них ядовитых веществ, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д. ^[3].

Годовая выработка электроэнергии в мире на СЭС
Год	Энергия ГВт·ч	Годовой прирост	Доля от всей
2004	2,6	―	0,01 %
2005	3,7	42 %	0,02 %
2006	5,0	35 %	0,03 %
2007	6,8	36 %	0,03 %
2008	11,4	68 %	0,06 %
2009	19,3	69 %	0,10 %
2010	31,4	63 %	0,15 %
2011	60,6	93 %	0,27 %
2012	96,7	60 %	0,43 %
2013	134,5	39 %	0,58 %
2014	185,9	38 %	0,79 %
2015	253,0	36 %	1,05 %
2016	301,0	33 %	1,3 %
Источник — BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017[4][5][6]

В 1985 году все установленные мощности мира составляли 0,021 ГВт.

В 2005 году производство фотоэлементов в мире составляло 1,656 ГВт.

На начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составляла лишь около 0,1 % общемировой генерации электроэнергии^[7].

В 2012 году общая мощность мировых гелиоэнергетических установок выросла на 31 ГВт, превысив 100 ГВт.

Крупнейшие производители фотоэлементов в 2012 году^[8]:

1. Yingli — 2300 МВт
2. First Solar — 1800 МВт
3. Trina Solar — 1600 МВт
4. Canadian Solar — 1550 МВт
5. Suntech — 1500 МВт
6. Sharp — 1050 МВт
7. Jinko Solar — 900 МВт
8. SunPower — 850 МВт
9. REC Group — 750 МВт
10. Hanwha SolarOne — 750 МВт

В 2013 году глобально было установлено 39 ГВт фотоэлектрических мощностей. В результате общая мощность фотоэлектрических установок на начало 2014 года оценивалась в 139 ГВт^[9].

Лидером по установленной мощности является Евросоюз^[10], среди отдельных стран — Китай. По совокупной мощности на душу населения лидер — Германия.

В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии

[11].

В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических установок^[12].

В декабре 2011 года на Украине завершено строительство последней, пятой, 20-мегаваттной очереди солнечного парка в Перово, в результате чего его суммарная установленная мощность возросла до 100 МВт^[13]. Солнечный парк Перово в составе пяти очередей стал крупнейшим парком в мире по показателям установленной мощности. За ним следуют канадская электростанция Sarnia (97 МВт), итальянская Montalto di Castro (84,2 МВт) и немецкая Finsterwalde (80,7 МВт). Замыкает мировую пятерку крупнейших фотоэлектрических парков — 80-мегаваттная электростанция

Охотниково в Сакском районе Крыма.

В 2018 г. Саудовская Аравия заявила о намерении построить крупнейшую в мире солнечную электростанцию мощностью 200 ГВт^[14].

Рабочие места[править | править код]

В середине 2011 года в фотоэлектрической промышленности Германии было занято более 100 тысяч человек. В солнечной энергетике США работали 93,5 тысяч человек^[15].

Перспективы солнечной электроэнергетики[править | править код]

В мире ежегодный прирост энергетики за последние пять лет составлял в среднем около 50 %^[16]. Полученная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20—25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20—25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно

[7].

Перспективы использования солнца для получения электричества ухудшаются из-за высоких издержек. Так, СТЭС Айвонпа обходится вчетверо дороже, а генерирует гораздо меньше электроэнергии, по сравнению с газовыми электростанциями. По подсчётам экспертов, в будущем электроэнергия, вырабатываемая этой станцией, будет стоить вдвое дороже, чем получаемая от обычных источников энергии, а расходы, очевидно, будут переложены на потребителей

[17].

Тем не менее, по прогнозам, себестоимость генерации электроэнергии солнечными электростанциями к 2020 году снизится до себестоимости генерации с использованием ископаемого топлива и переход к использованию солнечных электростанций станет экономически выгодным^[18].

Из-за своей низкой эффективности, которая в лучшем случае достигает 20 процентов, солнечные батареи сильно нагреваются. Остальные 80 процентов энергии солнечного света нагревают солнечные батареи до средней температуры порядка 55 °C. С увеличением температуры фотогальванического элемента на 1°, его эффективность падает на 0,5 %. Эта зависимость не линейна и повышение температуры элемента на 10° приводит к снижению эффективности почти в два раза. Активные элементы систем охлаждения (вентиляторы или насосы) перекачивающие хладагент, потребляют значительное количество энергии, требуют периодического обслуживания и снижают надёжность всей системы. Пассивные системы охлаждения обладают очень низкой производительностью и не могут справиться с задачей охлаждения солнечных батарей^[19].

С помощью солнечного света можно освещать помещения в дневное время суток. Для этого применяются световые колодцы. Простейший вариант светового колодца — отверстие в потолке юрты. Световые фонари применяются для освещения помещений, не имеющих окон: подземные гаражи, станции метро, промышленные здания, склады, тюрьмы, и т. д. Световой колодец диаметром 300 мм способен освещать площадь 8 м². Один колодец позволяет в европейских условиях предотвратить ежегодный выброс в атмосферу до 7,4 тонн СО₂. Световые колодцы с оптоволокном разработаны в 2004 году в США. В верхней части такого колодца применяются параболические коллекторы. Применение солнечных колодцев позволяет сократить потребление электроэнергии, в зимнее время — сократить дефицит солнечного света у людей, находящихся в здании^[20].

Солнечная энергия широко используется как для нагрева воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы производятся из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т. д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования, и произведенной на нём энергии. В настоящее время именно солнечный нагрев воды является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09—$0,12 за кВт·ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04—$0,05 к 2015—2020 г.

В 2007 году в Алжире началось строительство гибридных электростанций. В дневное время суток электроэнергия производится параболическими концентраторами, а ночью из природного газа.

На начало 2010 года общая мировая мощность солнечной термальной энергетики (концентраторных солнечных станций) достигла одного гигаватта^[7]. К 2020 году страны Евросоюза планируют построить 26,3 ГВт солнечных термальных мощностей^[21].

Солнечная жаровня

Солнечные коллекторы могут применяться для приготовления пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие кухонные приборы могут широко применяться в развивающихся странах. Стоимость материалов необходимых для производства простейшей «солнечной кухни» составляет $3—$7.

Традиционные очаги для приготовления пищи имеют термическую эффективность около 10 %. В развивающихся странах для приготовления пищи активно используются дрова. Использование дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов и вреду для здоровья. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу более 68 млн тонн СО₂. В Уганде среднее домохозяйство ежемесячно потребляет 440 кг дров. Домохозяйки при приготовлении пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2006 году в 19 странах южнее Сахары, Пакистане и Афганистане от заболеваний дыхательных путей умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч женщин.

Существуют различные международные программы распространения солнечных кухонь. Например, в 2008 г. Финляндия и Китай заключили соглашение о поставках 19 000 солнечных кухонь в 31 деревню Китая. Это позволит сократить выбросы СО₂ на 1,7 млн тонн в 2008—2012 гг. В будущем Финляндия сможет продавать квоты на эти выбросы.

Использование солнечной энергии в химическом производстве[править | править код]

Солнечная энергия может применяться в различных химических процессах. Например:

• Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году испытал технологию получения неокисленного цинка в солнечной башне. Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревался зеркалами до температуры 1200 °С на вершине солнечной башни. В результате процесса получался чистый цинк. Далее цинк можно герметично упаковать и транспортировать к местам производства электроэнергии. На месте цинк помещается в воду, в результате химической реакции получается водород и оксид цинка. Оксид цинка можно ещё раз поместить в солнечную башню и получить чистый цинк. Технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.

• Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Площадь зеркал установки составляет 93 м². В фокусе концентратора температура достигает 2200°С. Вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С. За световой день 6,5 часов (6,5 кВт·ч/кв.м.) установка CHP может разделять на водород и кислород 94,9 литров воды. Производство водорода составит 3800 кг в год (около 10,4 кг в день).

Водород может использоваться для производства электроэнергии, или в качестве топлива на транспорте.

Беспилотный самолёт NASA Pathfinder Helios с фотоэлементами на крыльях

Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д.

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства или для электродвигателя электрического транспорта.

В Италии и Японии фотоэлектрические элементы устанавливают на крыши железнодорожных поездов. Они производят электричество для кондиционеров, освещения и аварийных систем.

Компания Solatec LLC продаёт тонкоплёночные фотоэлектрические элементы для установки на крышу гибридного автомобиля Toyota Prius. Тонкоплёночные фотоэлементы имеют толщину 0,6 мм, что никак не влияет на аэродинамику автомобиля. Фотоэлементы предназначены для зарядки аккумуляторов, что позволяет увеличить пробег автомобиля на 10 %.

В 1981 году летчик Paul Beattie MacCready совершил полет на самолёте Solar Challenger^[en], питающемся только солнечной энергией, преодолев расстояние в 258 километров со скоростью 48 км/час^[22]. В 2010 году солнечный пилотируемый самолет Solar Impulse продержался в воздухе 24 часа. Военные испытывают большой интерес к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвычайно долго — месяцы и годы. Такие системы могли бы заменить или дополнить спутники.

1. ↑ Калифорнийская электростанция «Million Solar Roofs» суммарной мощностью 3 ГВт Архивная копия от 6 октября 2014 на Wayback Machine 15.12.2005
2. ↑ Геополитика солнца (неопр.). Частный Корреспондент. chaskor.ru (22 ноября 2008). Дата обращения 22 ноября 2008. Архивировано 22 августа 2011 года.
3. ↑ ^{1 2 3} Лапаева Ольга Федоровна. Трансформация энергетического сектора экономики при переходе к энергосберегающим технологиям и возобновляемым источникам энергии (рус.) // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2010. — Вып. 13 (119).
4. ↑ BP Statistical Review of World Energy June 2015, Renewables section, BP (June 2015).
5. ↑ BP Statistical Review of World Energy June 2015, Electricity section, BP (June 2015).
6. ↑ Статистическое обозрение Всемирной энергетической организации 2017 года, BP (June 2017).
7. ↑ ^{1 2 3} BFM.RU Солнечные технологии обеспечат четверть электричества.
8. ↑ Graph of the Day: World’s top ten solar PV suppliers. 15 April 2013// RE neweconomy
9. ↑ http://www.ren21.net/Portals/0/documents/Resources/GSR/2014/GSR2014_full%20report_low%20res.pdf
10. ↑ Геро Рютер, Андрей Гурков. Мировая солнечная энергетика: переломный год (неопр.). Deutsche Welle (29 мая 2013). Дата обращения 15 июня 2013. Архивировано 19 июня 2013 года.
11. ↑ Paul Gipe Spain Generated 3 % of its Electricity from Solar in 2010 28 Январь 2011 г
12. ↑ Paul Gipe Italy Passes 7,000 MW of Total Installed Solar PV 22 Июль 2011 г.
13. ↑ Activ Solar построила в Крыму крупнейшую солнечную электростанцию в мире (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 2 марта 2012. Архивировано 19 июня 2013 года.
14. ↑ Deutsche Welle 30.03.2018 Саудовская Аравия заменит нефть солнечными батареями
15. ↑ Stephen Lacey Green Jobs Are Real: German and American Solar Industry Both Employ More People Than U.S. Steel Production 17 Июнь 2011 г.
16. ↑ Дмитрий Никитин. Трудный путь к солнцу: согреет ли Россию солнечная энергетика (неопр.). РБК (17 июня 2013). Дата обращения 15 июня 2013. (недоступная ссылка)
17. ↑ Кассандра Суит (перевёл Алексей Невельский). Гигантская солнечная электростанция в Калифорнии убивает птиц.. Гелиотермальная станция стоимостью $2,2 млрд может стать последним таким проектом: она нагревает воздух до 540 градусов по Цельсию, регуляторы и биологи считают это причиной смерти десятков птиц (рус.). Ведомости, перевод из The Wall Street Journal (13 февраля 2014). Дата обращения 6 июня 2016.
18. ↑ Органическое топливо — на свалку истории? // Наука и жизнь. — 2018. — № 3. — С. 65.
19. ↑ David Szondy. Stanford researchers develop self-cooling solar cells. (англ.). gizmag.com (25 July 2014). Дата обращения 6 июня 2016.
20. ↑ BBC News — Alfredo Moser: Bottle light inventor proud to be poor
21. ↑ Tildy Bayar Solar Thermal Holds Steady in Europe 15 Октябрь 2012 г.
22. ↑ Britannica Book of the Year 2008: «MacCready, Paul Beattie», page 140

• Д. Мак-Вейг Применение солнечной энергии. — М.: Энергоиздат, 1981. — Тираж 5 600 экз. — 210 с.
• Умаров Г. Я.; Ершов А. А. Солнечная энергетика. — М.: Знание, 1974. — 64 с.
• Алексеев В. В.; Чекарев К. В. Солнечная энергетика. — М.: Знание, 1991. — 64 с.

Отрасли промышленности

Солнечные электростанции | Журнал Популярная Механика

Более полувека солнечная энергетика больше радовала исследователей своими сказочными перспективами, чем конкретным электричеством, текущим в энергосеть. Сегодня солнечные электростанции становятся серьезным источником энергии.

Пустыня Нью-Мексико неподалеку от Альбукерка. Шесть установок единой экспериментальной солнечной электростанции, построенной Национальными лабораториями Сандиа, немного напоминают тарелки спутниковой связи, только размером они побольше и блестят посильнее. Каждый отражатель представляет собой мозаику из 82 зеркал, выклеенных на параболической тарелке диаметром 13 м. Идеально рассчитанная кривизна тарелки концентрирует лучи в пятно диаметром 18 см. Здесь, в самой горячей точке, тепловыделение эквивалентно 13 000 солнц, а тепловой поток в 13 раз превышает тот, которому подвергается космический челнок, возвращающийся в плотные слои атмосферы. «Здесь можно расплавить почти всякое вещество, известное человеку», — говорит инженер Чак Андрака.

Получаемое здесь тепло используют для питания «машины Стирлинга» — изящного устройства 192 лет от роду. В этой машине механическую энергию получают за счет внешнего источника тепла, что принципиально отличается от действия двигателей внутреннего сгорания, работающих под капотами большинства автомобилей. Внутри четырех цилиндров объемом по 95 см³ содержится газообразный водород — при нагревании и охлаждении он расширяется и сжимается, поршни в цилиндрах движутся туда-сюда, а от них вращается небольшой электрогенератор. И параболическая тарелка, и данный двигатель — плоды целого десятилетия упорной работы, которая проводилась в сотрудничестве с аризонской компанией Stirling Energy Systems.

В прошлом январе Андрака с коллегами запустил энергоустановку при тарелке № 3. В пустыне стоял морозец около нуля, а небо было на 8% прозрачнее, чем обычно. Чем больше разница между холодным воздухом и жарким солнцем, тем эффективнее работает эта машина. И вот 25-киловаттная система начала выдавать электроэнергию. Коэффициент преобразования оказался самым высоким из всех, когда-либо достигнутых в коммерческих солнечных установках: 31,25% солнечной энергии, падающей на зеркальную тарелку, отдавалось в виде тока в электросеть.

Брюс Осборн, президент компании Stirling Energy, считает этот результат просто дополнительным подтверждением тому, что он давно уже знал: система SunCatcher достаточно созрела, чтобы выйти из стен лаборатории. «Этап, который можно назвать интеллектуальным прорывом, позади, — говорит президент. — Нам остается только взять полученные прототипы и сделать из них недорогие конструкции для массового производства. Слово за инженерами». Для этой цели компания Stirling Energy заключила крупномасштабные контракты с двумя предприятиями из Южной Калифорнии. Те обещают построить 70 000 установок, которые дадут энергию для миллионов жилищ. Производство будет запущено в будущем году.

Электростанция по схеме параболического желоба Длинные зеркала в параболических желобах фокусируют падающий свет на тонкую трубку, тянущуюся параллельно желобу. В трубке циркулирует жидкость-теплоноситель. Затем ее нагревают до 400 °C и подают в теплообменник (1), где принимающая тепло вода доводится до кипения, а пар крутит турбину (2). На таких электростанциях нового поколения неизрасходованную тепловую энергию накапливают в термосах с расплавленной солью (3). Это тепло пригодится для работы в ночную смену или в случае облачной погоды.

После изобретения в 1954 году кремниевого фотоэлемента компания AT&T крутила рекламно-пропагандистский фильм, в котором говорилось: «Наша магистральная цель — погрузить руку прямо в солнечные глубины и зачерпнуть оттуда искру бессмертного огня, который согреет людские души. В наш продвинутый век людям удалось взнуздать само солнце».

Можно, конечно, сказать и так. Солнечная батарея Белла, как ее тогда называли, имела некоторый успех — в частности, давала энергию для первого спутника связи, который запустили в 1962 году. Но надежда на бездонный источник недорогой энергии так и не воплотилась в жизнь.

С тех пор в развитии двух главных направлений солнечной энергетики произошли значительные сдвиги. Это полупроводниковые солнечные батареи и установки для концентрации солнечного тепла. Правда, рост стоимости кремния и два десятилетия низких цен на рынке ископаемых видов топлива привели к тому, что общий объем солнечной энергетики остался в пределах 0,08% общего энергопотребления в стране. Кроме того, целый ряд новых технологических решений, которые выглядели многообещающими в лабораторных условиях, при выходе на рынок продемонстрировали свою непрактичность. В результате эпоха солнечной энергетики все время как-то незаметно отодвигалась за следующий поворот.

Солнечная электростанция В большинстве солнечных электростанций огромные конструкции из зеркал концентрируют солнечную энергию, отдают ее теплоносителю, а тот приводит в действие большую центральную турбину. В установках компании Stirling Energy каждая 13-метровая тарелка питает энергией свою машину Стирлинга, расположенную прямо в фокусе зеркала. Такая машина сама по себе выдает свои 25 кВт электричества. Таким образом, подобная установка может работать как автономно, так и в составе ансамбля из 30 000 себе подобных.

Между тем разработчики не теряли времени, оттачивая технологические решения по наиболее перспективным направлениям. Так появились солнечные батареи, в которых вообще не используется кремний. Они оказались вдвое дешевле традиционных, и на их производстве аризонская компания First Solar стремительно выдвинулась в лидеры среди всех производителей солнечных батарей. Параллельно компания Stirling Energy развивала свою идею SunCatcher. Новые конструкции в семействе CST (Concentrated Solar Thermal, солнечных концентраторов) будут способны преобразовывать солнечное тепло в непрерывный поток электроэнергии, не прерывающийся даже в ночное время.

Солнечное тепло

Крупным энергокомпаниям нынешние принципы CST нравятся по двум причинам: во‑первых, установки имеют достаточно крупный масштаб, а во-вторых, они, как правило, работают с паром, то есть технические решения не слишком отличаются от давно привычных турбогенераторов на газе и угле. Таково мнение Риса Тисдейла, старшего аналитика исследовательской группы, занимающейся в Кембридже, штат Массачусетс, новыми направлениями в энергетике. Эта идея не так уж и нова — девять электростанций на основе концентраторов с общей энергоотдачей в 354 мегаватта уже работают в пустыне Мохаве, а построены они были с 1984 по 1991 год. Они обеспечивают энергией 500 000 индивидуальных жилых домов и успели подтвердить надежность и эффективность новой конструкции (для сравнения: стандартная теплоэлектростанция, работающая на угле, выдает примерно 670 МВт). Светоконцентратор на этих электростанциях устроен по схеме «параболического желоба»: 900 000 зеркал установлены на внутренней поверхности полуцилиндра, напоминающей скейтбордистский «халф-пайп». Длинные ряды таких желобов занимают в пустыне площадь 600 га. Зеркальные конструкции поворачиваются вокруг оси, отслеживая движение солнца по небу. Солнечные лучи, отражаясь, концентрируются на проходящей по оси трубе с циркулирующей внутри жидкостью. Горячая жидкость (в данном случае это минеральное масло) отдает тепло воде, которая закипает, а полученный таким образом пар крутит турбину.

Машина Стирлинга — это система замкнутого цикла. В ней под воздействием солнечного тепла расширяется газообразный водород, он толкает поршень, от которого крутится кривошип, приводящий в движение электрогенератор. Затем водород охлаждается и конденсируется в радиаторе, после чего возвращается в рабочий цилиндр.

В 1990-е годы после резкого падения цен на природный газ работы были сокращены вдвое. Очередная из запланированных в США солнечных электростанций была запущена только в прошлом году — это 64-мегаваттная система типа «параболического желоба», смонтированная в Баулдер-Сити, штат Невада. Она построена силами испанской компании Acciona и получила название Nevada Solar One. Сейчас ускоренно проектируется еще 13 подобных электростанций суммарной мощностью 5100 МВт. Они будут строиться во Флориде, Аризоне и Калифорнии, и по большей части это будут конструкции типа «параболического желоба». Компания Stirling Energy продвигает другую систему, которая сулит большую гибкость и энергоотдачу.

Уже спроектированная 900-мегаваттная электростанция Stirling Solar Two состоит из 36 000 одинаковых тарелок-отражателей, каждая из которых содержит 82 зеркальные панели всего двух разновидностей. Такое решение, чуть-чуть снижая общую энергоотдачу, позволяет реализовать преимущества массового производства.

Модульная структура станции имеет и другое важное достоинство. Поскольку каждый 25-киловаттный SunCatcher работает на собственную машину Стирлинга и вырабатывает электроэнергию совершенно автономно, система не имеет таких узлов, которые в случае отказа угрожали бы работоспособности всей системы. В альтернативной конструкции с параболическим желобом все эти тысячи зеркал работают на одну центральную турбину, так что при остановке турбины хотя бы для профилактики подача электроэнергии сразу должна прекратиться. И еще один момент: вариант SunCatcher позволяет начать отпуск энергии задолго до того, как строительство электростанции будет закончено. Достаточно будет собрать первые 40 тарелок — «солнечную группу» — и станция начнет давать ток, для начала хотя бы 1 МВт.

Революционное преимущество новой технологии состоит в том, что солнечные лучи концентрируются в одном очень небольшом пятне. Это позволяет достичь средней температуры 800 °C (сравните с 400 °C, которые достигаются в рабочем режиме установки на базе параболического желоба). Кроме того, кривая, отражающая коэффициент полезного действия машины Стирлинга, имеет относительно длинное плоское плато. Иначе говоря, энергоотдача будет близка к максимуму, даже если солнце склоняется к закату или его прикрывают облачка. Рекордный показатель коэффициента полезного действия, достигнутый в этом году (его удерживали в течение часа) на установке SunCatcher, составил 31,25%. При этом усредненный коэффициент по всему времени от рассвета до заката, причем рассчитанный за год эксплуатации, все равно достигает вполне благопристойных 24−25%. Это примерно вдвое больше, чем в системах с параболическими желобами.

И еще одна проблема, которая изрядно обесценивает все варианты солнечной энергетики: солнышко село — рабочий день закончен. А ведь в Аризоне летом жарко, как в пекле, так что кондиционеры у людей крутятся до 9−10 часов вечера. Зато горячую жидкость хранить гораздо проще, чем электроэнергию. Как сказал один из промышленников, в пятидолларовом термосе с горячей водой хранится столько же энергии, сколько в 150-дол-ларовой батарее ноутбука. Только в одном случае это тепловая энергия, а в другом — электрическая, переведенная в электрохимические связи. Принцип хранения тепловой энергии будет реализован в двух 50-мегаваттных электростанциях, которые к концу этого года должны быть построены в Испании. При них будут гигантские термосы, заполненные расплавленной солью. В США один такой тепловой энергоаккумулятор планируется ввести в эксплуатацию к 2011 году. Его построят в Джила-Бенд, штат Аризона. 280-мегаваттная электростанция Solana, которую строит испанская компания Albengoa Solar, тоже спроектирована по схеме параболического желоба. При ней также предполагается установить термос-теплохранилище, который позволит электростанции работать без всякого солнца в течение шести часов. «Мы можем построить станцию, которая будет работать круглые сутки, — говорит Фред Морзе, консультант из Albengoa Solar, — но только в этом нет никакого коммерческого смысла». Ведь электростанция должна удовлетворять потребность в электроэнергии в те часы, когда эта потребность существует и когда цена на электричество наиболее высока.

Солнечные батареи Когда свет падает на определенные материалы, фотоны могут выбивать электроны из кристаллической решетки. В полупроводниковом фотоэлементе потоком этих электронов можно управлять благодаря специфическим свойствам таких элементов, как, скажем, кремний. Новые «тонкопленочные» варианты, например кадмий-теллуридовые панели, которые производит компания First Solar, основаны на том же эффекте — просто в них используются другие материалы.

К вопросу о масштабах

Грандиозные масштабы электростанций Albengoa и Stirling Energy должны убедить скептиков, которые обоснованно сомневаются, что солнечные батареи, раскиданные там и сям по крышам жилых домов, могут играть хоть сколько-нибудь заметную роль в мировом энергетическом балансе. Правда, такая гигантомания рождает свои проблемы. С одной стороны, электроэнергию нужно доставить туда, где она необходима. С другой — бескрайние пустыни, подходящие для постройки солнечных электростанций, располагаются обычно «на отшибе». Электростанция, которую компания Stirling Energy должна построить для потребителей из Сан-Диего, уже обладает линиями электропередачи на 300 МВт, то есть способна распорядиться энергией от 12 000 тарелок. Остальные 24 000 тарелок будут смонтированы только в том случае, если компания San Diego Gas & Electric сможет провести обещанную 250-километровую линию электропередачи между электростанцией и городом.

Еще одна проблема — потребность в воде. Солнечные электростанции на паровых турбинах требуют миллионов тонн воды для охлаждения своих конденсаторов, а в пустынных районах такую проблему решить непросто. В этом отношении водородная система компании Stirling Energy имеет явное преимущество, поскольку на этой станции вода требуется только для того, чтобы раз в несколько недель ополаскивать зеркала.

Солнечные энергоустановки промышленного масштаба требуют огромных капиталовложений, так что еще долго останутся недоступными в развивающихся странах, где именно такие решения насущно необходимы. Для удовлетворения этих запросов одно подразделение Массачусетского технологического института разработало систему RawSolar. В этой системе тарелка имеет диаметр всего 4 м, а весь механизм дешев и прост, так что его можно использовать в автономном режиме. Еще одно детище Массачусетского технологического, некоммерческая организация Solar Turbine Group, прошлым летом в Лесото построила еще более примитивную мини-электростанцию. Ее тепловая машина сконструирована из автозапчастей.

Впрочем, наиболее естественным вариантом для мелкомасштабных установок солнечной энергетики остается, конечно же, старая добрая полупроводниковая солнечная батарея. Она принимает солнечный свет, отдает электрический ток и не имеет при этом никаких движущихся частей, не нуждается в воде и может располагаться в любом месте — прямо там, где требуется ее электроэнергия. Солнечные батареи способны вырабатывать вполне весомые количества энергии даже в условиях слабого солнечного света северных широт, где устанавливать крупномасштабные солнечные электростанции просто нерентабельно.

Тонкопленочные фотоэлементы

Компания коммунальных услуг Edison, действующая в Южной Калифорнии, в июле начала покрывать крыши своих зданий солнечными батареями. По завершении этой работы компания планирует получить источник энергии мощностью 250 МВт прямо на собственной территории. Новизна здесь в том, что вместо фотоэлементов на кремниевой основе использовалась тонкая пленка из теллурида кадмия (для краткости ее называют Cad-Tel — «кад-тел»). Разработчики уже давно экспериментируют с пленочными фотоэлементами, пытаясь создать замену традиционным полупроводниковым элементам на кремниевой основе. «Технология ‘кад-тел’ полностью изменила наши представления о том, чего можно добиться от пленочных материалов», — говорит Лари Казмерски, руководитель Национального центра по разработке фотоэлементов при Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Колорадо.

Выпуском солнечных батарей на пленочной основе занялась компания First Solar. Себестоимость их продукции составляет $1,14 в пересчете на один ватт, то есть вдвое меньше, чем стоимость аналогичных батарей на кремниевой основе, причем этот показатель продолжает снижаться. В результате, как утверждает Казмерски, «мы присутствуем при настоящем перевороте». С 2006 по 2007 год First Solar увеличила объемы производства в четыре раза. Сейчас суммарная мощность выпускаемых за год батарей составляет 396 МВт, а в будущем году должна достигнуть 1000 МВт. Компания вышла на биржу всего два года назад, но теперь ее капитализация составляет свыше $20 млрд, то есть вдвое больше, чем у General Motors. «Кад-тел» — не единственное перспективное предложение на этом рынке. У новых батарей, изготовленных на основе полупроводника CIGS (селенид меди, индия, галлия), энергоотдача почти на 30% выше, чем у батарей, которые изготавливает First Solar по технологии «кад-тел». Вокруг этой перспективной идеи сейчас клубится целый рой перспективных молодых компаний.

Кто же первым сумеет довести до практических результатов технологию CIGS? Калифорнийская компания Nanosolar тоже участвует в этой гонке. Как и First Solar, она в основном сбывает свою продукцию в такие европейские государства, как Германия и Испания, поскольку там действует долгосрочная политика, нацеленная на стабильные, гарантированные цены в области солнечной энергетики.

В конце концов, пусть солнечная энергетика сама платит за себя и самостоятельно доказывает свое право на жизнь. В случае ее успеха рынок охотно пойдет ей навстречу. В министерстве энергетики США предсказывают, что уже к 2015 году электроэнергия от солнечных установок станет дешевле, чем электричество, получаемое просто из сети. Более того, цены на природный газ за последние пять лет выросли вдвое, на уголь — втрое, а новые атомные электростанции не начнут вступать в строй еще по крайней мере семь лет. На этом фоне долгосрочная ставка на солнечные электростанции, у которых топливо не кончится никогда, — вернейший залог энергетической безопасности. «Относительно солнечной энергии можно не сомневаться, — говорит Морзе, — цена на нее расти не будет».

«Какие плюсы и минусы солнечных панелей?» – Яндекс.Кью

На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее.

Преимущества солнечных батарей

• Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
• Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
• Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
• Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
• Устанавливая такой источник энергии для дома, вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
• После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
• Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему.  Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
• Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выбореисточника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

• Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
• Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.
• В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
• Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
• Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
• Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
• Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.

Солнечная энергетика: технологии, достоинства и недостатки

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

Сам процесс носит название «Солнечная генерация». Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:

• фотовольтарика;
• гелиотермальная энергетика;
• солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar. Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

Ещё много интересного в наших соцсетях

Читайте также: Описание модельного ряда автомобилей Tesla

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

• нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
• в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
• сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Читайте также: Как будет выглядеть мир через 100 лет

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Солнечный свет концентрируется на башне

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

• Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
• Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
• Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
• Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

• Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
• Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
• Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
• Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Рекомендуем: Самые пригодные для колонизации планеты

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

А что думаете Вы о будущем солнечной энергетики?Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.

способы применения и преимущества солнечных установок

Где используется солнечная энергия?

О том, чтобы использовать солнечную энергию в своих целях, человек начал задумываться сравнительно недавно, хотя на практике пользовался ей на протяжении всей своей истории. Идея об аккумулировании и практическом применении возникла в начале XX века, но технологических возможностей для этого на то время не было. Прорыв совершился в конце века, когда появились фотоэлектрические панели, способные производить электроэнергию в ощутимых количествах. Вопрос важный и заслуживает подробного рассмотрения.

Использование энергии Солнца на земле является повсеместным, хоть и неосознанным явлением. Оно настолько обыденно и привычно, что люди редко задумываются о возможностях и перспективах солнечной энергетики. Однако, специалисты в разных отраслях научной и производственной деятельности давно разрабатывают технологии, позволяющие получать бесплатную и неиссякаемую энергию.

Если несколько десятилетий назад все ограничивалось нагревом воды в емкостях для летнего душа на дачном участке, то сегодня существуют различные способы использования солнечной энергии, наиболее развитые в следующих отраслях:

• космос и авиация;
• сельское хозяйство;
• обеспечение энергией спортивных и медицинских объектов;
• освещение участков частных домов или городских улиц;
• использование в быту;
• электрификация экспедиций, передвижных исследовательских или военных пунктов и т.д.

Этот список не будет полным, если не назвать СЭС, электростанции, где используется солнечная энергия. В последние годы их немало построено в США, Испании, ЮАР и других странах. Их мощность пока еще не способна превзойти уровень ГЭС, но технологии не стоят на месте и перспективы развития весьма многообещающие. Можно с уверенностью сказать, что через пару десятков лет на вопрос: «Где используется энергия Солнца на Земле?» можно будет услышать ответ: «Везде».

Особенности применения

Свет и тепло Солнца используются с помощью различных технологических методик. Как правило, выработка электроэнергии имеет целью питание отдельных или массовых потребителей, а тепловая энергия служит для обогрева жилья, теплиц, промышленных и общественных помещений.

Использование солнечной энергии на Земле ведется по двум направлениям: пассивное и активное. Оба способа имеют свои особенности и возможности, которые следует рассмотреть внимательнее.

Пассивные системы

Пассивные системы — это различные сооружения или строения, в которых использование энергии Солнца происходит путем потребления. Например, существуют дома, построенные из специальных материалов, которые способны поглощать или перерабатывать полученную тепловую энергию. Обогрев таких зданий становится проще или в нем вовсе исчезает необходимость.

Необходимо понимать, что в виду имеются не какие-то современные и продвинутые материалы, созданные на высокотехнологическом оборудовании. Дома, образующие пассивные системы, создаются из обычной древесины, теплоизолирующих и светоизолирующих панелей. Даже обычная ориентация окон дома на южную сторону автоматически переводит дом в разряд пассивных гелиосистем.

Первым в истории зафиксированным случаем, когда использование солнечной энергии было сознательным действием, была постройка дома Плинием Младшим в Италии (100 г. Н. Э.). Слюдяные окна оказались эффективным теплоизолятором, способным удерживать тепловую энергию, полученную от Солнца.

В современном мире интерес к постройке зданий-пассивных гелиосистем то возрастает, то вновь падает. Энергетический кризис вынуждает активно искать способы получения дешевой альтернативной энергии, но при улучшениях экономической обстановки ситуация разворачивается в обратную сторону. Однако, общая обстановка демонстрирует постоянное развитие и продвижение гелиосистем в технике и быту.

Активные системы

Активные солнечные системы получают энергию и преобразуют ее тем или иным способом. В данном случае используются специально изготовленные приспособления и устройства, для которых получение, преобразование и передача энергии является основной и единственной задачей, а не дополнительной функцией, как у пассивных гелиосистем. Существуют довольно простые и более сложные конструкции, выполняющие разные задачи. По функционалу их можно разделить на фотоэлектрические элементы и солнечные коллекторы.

Первые занимаются выработкой электрического тока из энергии, полученной от нашего светила. Они обладают широкими возможностями и встречаются практически везде, где применяют энергию Солнца.

Вторые — коллекторы — используются только как источник тепловой энергии для отопительных систем частных домов или иных помещений относительно небольшого размера. И те, и другие устройства обладают собственными преимуществами и недостатками. Рассмотрим их подробнее.

Солнечные фотоэлементы

Фотоэлектрические элементы получают солнечную энергию и вырабатывают из нее электрический ток. Такова общая схема, на практике все несколько сложнее. Солнечные лучи, попадая на поверхность фотоэлементов, воздействуют на кремниевые пластины, в которых начинается процесс замещения электронов. Они начинают активно совершать p-n переход, т.е. появляется постоянный фототок. Остается только припаять провода к соответствующим контактам, и можно снимать постоянное напряжение определенной величины. Если собрать такие элементы в батарею, то в результате можно получать вполне существенный ток, пригодный для зарядки аккумуляторов или практического использования.

Выработка тока фотоэлементами нестабильна, зависит от внешних факторов — погоды, времени года и суток, наличия облачности. Кроме того, солнечные батареи дают постоянный ток. Для обеспечения потребителей электротоком со стандартными параметрами необходимо преобразовать полученное напряжение.

Поэтому обычный состав комплекса выглядит следующим образом:

Работа системы заключается в приеме солнечной энергии фотоэлементами и сбрасывании напряжения на аккумуляторы. Уровень заряда находится под управлением контроллера, который выполняет функции диспетчера и регулирует режим заряда и отдачи энергии. Преобразование постоянного тока в переменный выполняет инвертор, с которого питание подается на стандартные приборы потребления. Использование солнечной энергии таким способом наиболее эффективно, так как в результате получается универсальный вид, пригодный для питания большого количества установок, приборов и устройств.

Фотоэлементы, или солнечные батареи, как их называют в обиходе, бывают нескольких видов: кремниевые и пленочные.

Количество кремния в окружающей природе очень велико, чем и объясняется популярность этого типа фотоэлементов. Существуют разные виды кремниевых солнечных батарей:

1. Монокристаллические. Их КПД приближается к 20%, что для современных фотоэлементов весьма высокий показатель. Производятся из очищенного материала, монокристалла, разрезанного на тонкие пластинки. Внешне такие панели похожи на соты или ячейки черного цвета. Самые дорогие и качественные
2. Поликристаллические. При изготовлении используется срез из медленно охлажденного расплава кремния. Полученные пластинки состоят из множеств кристаллов, ориентированных в разные стороны. КПД — до 18%. Цвет ячеек синий, отличить их легко. Стоимость заметно ниже, чем у монокристаллических панелей
3. Аморфные. Представляют собой слой силана (кремневодорода), нанесенного на гибкую подложку. КПД всего 5%, но способность поглощать солнечные лучи намного выше — почти в 20 раз, поэтому аморфные панели весьма хороши для пасмурной погоды. Стоимость самая низкая из всех кремниевых видов

Пленочные батареи производятся из различных полимеров, способных демонстрировать полупроводниковый эффект. Их разрабатывают с целью снижения себестоимости производства фотоэлементов, а также для улучшения характеристик панелей. Существуют разные виды:

• на основе теллурида кадмия;
• на базе селенида меди-индия;
• на полимерной основе.

Пока пленочные образцы уступают кремниевым как по КПД, так и по остальным показателям (кроме цены), но производители не теряют бодрости и уверяют пользователей в скором изменении ситуации.

Использование фотоэлементов для производства электротока позволяет получать количество энергии, достаточное для питания любых потребителей, главное — достаточное количество панелей. В этом заключается одно из основных преимуществ солнечной энергетики — способность расширяться путем наращивания количества светоприемных элементов, а не с помощью замены всего оборудования.

Солнечные коллекторы

Эти устройства действуют по совершенно иному принципу. Они не используют высокотехнологичных материалов, получая от Солнца только тепловую энергию. Принцип действия коллекторов основан на способности солнечных лучей заметно нагревать предметы. Наиболее простая модель представляет собой плоский ящик черного цвета, накрытый прозрачной крышкой. Темная поверхность принимает солнечное тепло, нагревается, но отдавать его в окружающую атмосферу не может — мешает эффект парника, образованный прозрачной крышкой. На практике конструкции солнечных коллекторов несколько отличаются:

1. Открытые. Самые простые (если не примитивные) приемники, представляющие собой продолговатые лотки из черной пластмассы, наполненные водой. Лотки нагреваются и отдают тепло воде. Которая используется для летнего душа или подогрева воды в бассейне. Этот вид не может похвастаться ни КПД, ни долговечностью, но простота и возможность сделать открытые коллекторы самостоятельно дали определенную популярность
2. Трубчатые. Приемниками энергии являются вакуумные стеклянные трубки. Они имеют коаксиальную конструкцию (тип «труба в трубе», между ними вакуум для теплоизоляции). Соединяются в распределитель и подключаются к отопительному контуру
3. Плоские. Больше всего они напоминают вышеупомянутую модель — черный ящик с прозрачной крышкой. На поверхность днища плотно крепится трубка с водой, получающей тепловую энергию от контакта с нагретым материалом

Использовать солнечные коллекторы можно только в определенных условиях. Если стоит мороз, полезный эффект будет практически незаметен. Необходимо, чтобы температура воздуха было довольно высока, что делает использование солнечного обогрева доступным только в достаточно теплых регионах. Коллекторы используются только для обогрева помещений, поэтому их функционал и возможности заметно ниже.

Преимущества солнечных установок

• Основным преимуществом является неограниченно высокий ресурс источника — Солнца. На самом деле, поток энергии имеет определенные пределы, но на нынешнем этапе развития технологии достичь этого предела совершенно невозможно.
• Вторым преимуществом является отсутствие стоимости энергии. Она просто есть, и ей можно и нужно пользоваться.
• Кроме того, появление источника предсказуемо и может быть заранее рассчитано с точностью до секунд, что заметно отличает его от других альтернативных видов энергии.

Проблемы использования солнечной энергии

Применение солнечной энергии имеет и некоторые проблемы. Основными из них являются отсутствие Солнца в ночное время и возможность возникновения облачности, осадков и прочих неблагоприятных погодных условий. Есть и еще важная и существенная проблема — низкая эффективность оборудования, в сочетании с высокой ценой. Эта проблема считается разрешимой, многие ученые и инженеры постоянно работают над ее решением.

Перспективы развития

Энергия Солнца на Земле неиссякаема. Это дает основания прочить постоянное развитие и продвижение технологий получения и переработки солнечной энергии, появление более эффективной аппаратуры, увеличение доли солнечной энергии в общем потреблении человечества. Статистика показывает, что за последние 10 лет в этом направлении сделан гигантский скачок, поэтому будущее у гелиоэнергетики во всех смыслах слова блестящее.

Рекомендуемые товары

Солнечная энергия и солнечные электростанции

Солнечная энергия – это свет, тепло и жизнь на нашей планете, а еще солнечная энергия – главный альтернативный источник, который на несколько порядков превышает весь существующий энергетический потенциал Земли, и он в состоянии полностью обеспечить все ее энергетические потребности.

Как Солнце является нескончаемым источником тепла и света (условно), так и энергия солнечного излучения поддерживает жизнь на Земле уже не один миллион лет. Возможность обеспечивать все жизненно важные процессы Солнце имеет благодаря своему составу. В процентном соотношении оно преимущественно состоит из двух элементов: водорода (73%) и гелия (25%). Более подробно об образовании и жизненном цикле Солнца можно прочитать, например, в википедии.

Реакции термоядерного синтеза, которые происходят на Солнце сжигают водород, превращая его в гелий. Колоссальная энергия солнечных лучей, выделяющаяся во время таких процессов, излучается в космос. Кстати, ученые, пытаются повторить эти реакции на земле (реакция управляемого термоядерного синтеза, международный проект ТОКАМАК).

 

Все организмы, использующие энергию солнечного света, обеспечивают с ее помощью свои процессы жизнедеятельности – солнечный свет необходим для начальной стадии процесса фотосинтеза. С ее участием происходит синтез таких веществ, как кислород и углеводороды.

Количество водорода на Солнце постепенно уменьшается и рано или поздно придет время, когда его запас на солнце будет исчерпан. Однако, в силу большого количества водорода этого не произойдет, по крайней мере, в ближайшие 5 миллиардов лет.

Каждую секунду в ядре Солнца около 4 миллионов тонн вещества преобразуются в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино.

Основной приток энергии Солнца, который доходит до атмосферы Земли находится в спектральном диапазоне 0,1 4 мкм. В диапазоне 0,3 1,5-2 мкм атмосфера Земли почти прозрачна для солнечного излучения. Ультрафиолетовые волны (длина волны короче 0,3 мкм) поглощаются слоем озона, который находится на высотах 20-60 км. Рентгеновское и гамма-излучение до поверхности Земли почти не доходят.

Концентрация солнечной энергии характеризируется величиной 1367 Вт/м², именуемой солнечной постоянной. Именно такой поток проходит через перпендикулярную площадку размером в 1 м², если ее поместить на входе в верхний слой атмосферы Земли. При достижении этим потоком уровня моря, потери энергии уменьшают его до 1000 Вт/м² на экваторе. Но смена дня и ночи снижает его еще в 3 раза. Для умеренных широт, с учетом зимнего периода он составляет половину от количественного показателя максимального потока на экваторе.

Усреднённый по времени и по поверхности Земли, этот поток составляет 341 Вт/м². В расчете на полную поверхность, или 1,74х10¹⁷ Вт в расчёте на полную поверхность Земли. Таким образом, в сутки Земля на поверхности получит 4,176х10¹⁵ кВтч энергии, большая часть которой, возвращается в космос в виде излучения.

По данным МЭА на 2015 год, мировое производство энергии составило 19099 Mtoe (эквивалент мегатонны нефти). В пересчёте на привычные киловаттчасы, эта цифра составит 6,07х10¹¹ кВтч в сутки.

Солнце дает земле энергии в 8 000 раз больше, чем необходимо всему человечеству. Очевидно, что перспективы применения данного вида энергии очень широки. С ее участием развивается ветро-энергетика (ветер возникает из-за разности температур), применяются фотоэлектрические преобразователи и строятся гидроаккумулирующие станции. Имеет место широкое использование солнечных батарей.

Потенциал применения солнечной энергии очень велик.

Преимущества и недостатки использования солнечной энергии

Преимущества использования солнечной энергии привели к тому, что уже сегодня мы видим ее использование в самых разных видах человеческой деятельности.

Главными преимуществами являются:

• Неисчерпаемость энергии солнца в ближайшие 4 миллиарда лет;
• Доступность данного вида энергии – именно с ним безопасно и эффективно сегодня работают и фермеры, и хозяева частных домов, и заводы-гиганты;
• Бесплатность и экологическая чистота вырабатываемой энергии;
• Перспектива развития данного источника энергии, который становится все более актуальным в силу роста цен на другие виды энергии;
• Т.к. количество ежегодно вводимого в эксплуатацию оборудования и его надежность растет, уменьшается стоимость вырабатываемого киловатт часа солнечной энергии.

К условным недостаткам солнечной энергии можно отнести:

• Основным недостатком солнечной энергии является прямая зависимость количества получаемого света и тепла от влияния таких факторов, как погода, время года или же суток. Логическим последствием в таком случае является необходимость аккумулировать энергию, что увеличивает стоимость системы;
• Для производства элементов оборудования данного предназначения применяются редкие а, следовательно, дорогостоящие элементы.

Перспективы развития солнечной энергетики

Сегодня технологии, в которых используется энергия солнечного света, находят все более широкое применение. Самые распространенные – это солнечные батареи. Фотоэлектрические элементы успешно устанавливаются на различные виды транспорта – начиная от электромобилей и заканчивая самолетами. Японцы практикуют установку их на поезда.

Успешно функционируя, одна из европейских гелиоэлектростанций обеспечивает все потребности Ватикана. Крупнейшая станция в Калифорнии, источником для которой является солнечная энергия (фото дают представления о масштабах), уже сейчас обеспечивает штат своей круглосуточной работой.

Внедрение таких технологий сталкивается с сопротивлением со стороны лидеров углеводородной отрасли – ведь альтернативные источники в энергетике могут в скором времени вытеснить их представителей с лидирующих позиций.

Если говорить о прямом преобразовании, то наибольшее распространение получили такие устройства преобразования солнечной энергии как тепловые трубы (солнечные коллекторы) и батареи солнечных фотоэлементов.

Экономика солнечной установки

При рассмотрении возможности установки солнечной электростанции основное внимание уделяют экологическим, а экономическим аспектам. Звучат они следующим образом:

1. Какова стоимость солнечной установки?
2. Каков срок ее окупаемости?
3. Достаточное ли количество электроэнергии будет генерировать установка?

Целесообразно рассматривать небольшие электростанции мощностью до 50 кВт. Установки большей мощности применяют преимущественно на промышленных объектах.

Достаточное ли количество электроэнергии будет генерировать домашняя солнечная электростанция?

Для ответа на третий вопрос, перед началом проектирования солнечной установки определяет профиль энергопотребления дома. Его можно записать установив на объекте счетчик электроэнергии с функцией сохранения текущих параметров: напряжения сети, потребляемого тока, текущей потребляемой мощности, частоты. Через месяц, вы можете оценить свой профиль потребления со средними, максимальными и минимальными значениями параметров.

Если такой прибор отсутствует, то профиль энергопотребления можно оценить так: потребуется записать все приборы, которые могут использоваться в доме и смоделировать возможные варианты их ежедневного использования. После этого, вооружившись калькулятором, вы сможете рассчитать суточное потребление электричества и пиковые значения мощности.

Существенную роль играет регион, где расположено здание. Энергия, достигающая поверхности Земли, в зависимости от региона, может изменяться от более, чем 5 кВтч/м²/день до 1,5 кВтч/м²/день и менее.

Если максимальное потребление приходится на светлое время суток, то для обеспечения достаточности генерируемого электричества нужно разделить максимальную потребляемую мощность на мощность одной панели солнечных элементов. Тип и характеристики панелей известны из каталогов производителей. Нужно учитывать, что характеристики солнечных панелей приведены при их максимальной освещенности – поправка на региональный коэффициент обязательна. Зимний период, когда батареи покрыты снегом не учитывается.

Такой расчет не учитывает следующую особенность: В течении дня, установка будет всегда генерировать избыточное количество энергии, а ночью, по понятным причинам, генерация будет равна 0.

Аккумуляторные батареи с одной стороны увеличивают общую стоимость системы, с другой стороны, позволяют уменьшить количество панелей солнечных элементов за счет накопления энергии в периоды меньшего энергопотребления.

Для расчета банка АКБ нужно ответить на следующие вопросы:

• Предполагается ли система полностью автономной?
• В случае, если система не автономна, то какой максимальный возможный срок перерывов в электроснабжении.

Максимальное потребление в кВт часах умножается на количество часов без основного источника (нужно учитывать, что в момент отключения солнца может и не быть). На основе этих данных можно рассчитать емкость банка АКБ. Разрядка АКБ до 0 сокращает срок их службы, поэтому в расчете вводят коэффициент показателя максимального разряда, например, он может быть 50, 40 или 30 %. Чем меньше максимальный показатель разряда, тем большее количество АКБ потребуется.

Стоимость установки солнечной генерации

Основные составляющие оборудования системы распределяются по стоимости в следующем процентном соотношении (условно):

• Инвертор и система управления – 15-40%;
• Солнечные панели и MPPT контроллеры – 20-40%;
• Банк АКБ – 30%.

Стоимость солнечных панелей и АКБ будет идентична для систем всех производителей, существенные отличия имеются только в стоимости оборудования инвертора с системой управления и MPPT контроллера.

Разница в цене достигает более 200%, в зависимости от производителя. Это обусловлено не только «брендом», но и возможностями системы, например, удобство в управлении, возможность удаленного доступа, максимальная нагрузка и устойчивость к 2х-3х кратным перегрузкам, возможность частичного отключения нагрузки и т.д.

Каждое конечное техническое решение будет немного отличаться от других из-за того, что все люди используют разную бытовую технику в разное время суток. Идеальной комбинации оборудования, даже на заданную мощность не существует.

В качестве ориентировочной стоимости функциональной солнечной установки в загородный дом с учетом резервирования части мощности можно грубо ориентироваться на цифры 700-1800 USD/кВт в зависимости от производителя оборудования.

Сроки окупаемости установки солнечной генерации

Если хозяева условно выезжают на дачу только на выходные, и при этом в доме отсутствуют потребители, которые работают ежедневно, то, скорее всего, система будет окупаться не менее 10-15 лет, при текущих тарифах на электроэнергию.

При постоянном проживании, сроки окупаемости сократятся до 6-10 лет.

Положительная сторона медали — собственник такого дома получает стабильный источник электроснабжения и не зависит от обрывов ЛЭП или перепада мощностей. Все сидят без света, а вы – со светом, охранные системы функционируют, не нужно вручную открывать гараж и т.п.

Можно предположить, что развитие частного электротранспорта позволит сократить срок окупаемости солнечной установки для домохозяйств. Владелец такого автомобиля будет бесплатно «заправлять» его от собственной крыши.

Срок окупаемости зависит от полноты использования электроэнергии. Если сооружение использует 100% от генерации и при этом подключено к центральной сети электроснабжения, то в общем случае, отсутствует необходимость установки банка АКБ. Расчетный срок полной окупаемости такой установки составит 3-5 лет, а в жарких регионах еще меньше.

Дополнительная выгода образуется из-за того, что днем владелец НЕ ПЛАТИТ по дневному тарифу, а ночью ПЛАТИТ по ночному.

Такими быстро окупаемыми объектами могут быть любые энергозатратные производства с пустой плоской крышей, торгово-развлекательные и спортивные центры и паркинги при них, холодильные комплексы и т.п.

Удивительно, но подобные решения, позволяющие существенно снизить эксплуатационные затраты, до сих пор никак не используется владельцами объектов недвижимости.

В обозримом будущем, с развитием солнечной энергетики, все большее число владельцев зданий станут использовать чистую энергию взамен углеводородного сырья.

Солнечные электростанции

Ежедневно потребление электричества в мире растёт. При этой его выработка постоянно дорожает. Тепловые электростанции наносят существенный ущерб окружающей среде и работают на источниках энергии, которые рано или поздно закончатся. Гидроэлектростанции тоже отрицательно сказываются на ОС, хотя и наносят меньший вред. Атомные ЭС имеют много сложностей с подготовкой топлива и утилизацией отработавшего сырья. Поэтому электроэнергия от всех этих видов ЭС не может быть дешёвой. Поэтому в развитых странах уже давно стали обращать внимание на альтернативные источники энергии. В частности, на солнечные электростанции. Излучение Солнца является возобновляемым источником энергии. К тому же эта энергия бесплатна. За несколько дней на землю от солнца приходит такое количество энергии, которое людям хватит на всю жизнь. В этой статье речь пойдёт о промышленных электростанциях. Мы рассмотрим принцип их действия, основные виды, плюсы и минусы. Мобильные солнечные электростанции для дома и дачи будут рассмотрены в отдельной статье.

 

Содержание статьи

Принцип работы и виды солнечных электростанций

Солнечная электростанция (СЭС) представляет собой сооружение, с помощью которого энергия солнца преобразуется в электрическую. Варианты преобразования зависят от вида электростанции. В основном можно выделить два способа получения электричества на СЭС:

• Преобразование солнечной энергии в тепловую, а затем в электрическую;
• Преобразование солнечной энергии напрямую в электричество.

Второй способ является более перспективным, но для расширения его использования требуется увеличить КПД фотоэлементов. Сейчас в большинстве случаев КПД равен 10─15%. Теперь рассмотрим основные виды солнечных электростанций.

Вернуться к содержанию
 

Башенные СЭС

Этот тип солнечных электростанций базируется на получении пара посредством тепловой энергии от солнца. В центре конструкции находится башня, высота которой 18─24 метра. Высота зависит от мощности и может выходить за указанные пределы. Сверху башни расположен резервуар с водой. Ёмкость выкрашена в чёрный цвет, чтобы увеличить степень поглощения солнечного излучения. В башне работает группа насосов, перекачивающих из турбогенератора в нагреваемую ёмкость. Вокруг башни на большой площади находятся так называемые гелиостаты.

Гелиостаты направляют солнечную энергию на ёмкость башни

Схема башенной солнечной электростанции

Гелиостат представляет собой зеркало. Обычно его площадь несколько «квадратов». Зеркало крепится на специальной регулируемой опоре и подключено к системе позиционирования всех гелиостатов. Это нужно для того, чтобы зеркало меняло позицию при изменении положения солнца. Для работы электростанции требуется, чтобы все зеркала направляли отражённые лучи на резервуар.

Когда погода ясная, в резервуаре температура может доходить до 700 градусов Цельсия. Уровень температуры примерно соответствует тепловым электростанциям. Поэтому для выработки электроэнергии из пара применяются стандартные турбины. КПД башенных СЭС достигает 20 процентов при достаточно высоких мощностях.

Вернуться к содержанию
 

СЭС на фотоэлектрических модулях

Солнечные электростанции этого вида получили широкое распространение благодаря использованию в частном секторе. Конструкция включает в себя большое количество отдельных фотоэлектрических модулей разной мощности и с различными параметрами на выходе. Подобные СЭС используются для энергоснабжения домов, дач, санаториев, некоторых промышленных объектов.

СЭС на фотоэлектрических модулях

Монтаж фотоэлектрических модулей выполняется достаточно просто и быстро. Их можно установить на фасаде здания, крыше, на площадках рядом со зданием и т. п. Мощность таких станций различна, но её вполне хватает для снабжения электроэнергией как отдельных домов, так и целых посёлков.
Вернуться к содержанию
 

Солнечные электростанции тарельчатого типа

Электростанции этого типа, как и башенные, получают тепловую энергию солнца, а затем преобразуют её в электрическую. Однако есть различия в конструкции. СЭС тарельчатого типа состоит из нескольких. Модуль представляет собой опору с ферменной конструкцией отражателя и приёмника.

СЭС тарельчатого типа

Приёмник находится на таком месте, чтобы на нём концентрировался отражённый солнечный свет. Отражатель – это зеркала в форме тарелки, закреплённые на ферме. Диаметр может доходить до двух метров. Число зеркал может доходить до нескольких десятков. От их количества зависит мощность модуля. В состав промышленных электростанций входит нескольких десятков таких модулей.
Вернуться к содержанию
 

Аэростатные СЭС

Аэростатные СЭС могут быть двух видов:

• Солнечные фотоэлементы или поглощающая тепло поверхность находятся на аэростате. КПД в этом случае около 15 процентов;
• Этот вариант подразумевает использование параболической металлизированной плёнки, вогнутой внутрь под давлением газа. В ней концентрируется солнечная энергия. Цена такой плёнки меньше, чем у солнечных батарей и прочих отражающих поверхностей.

Аэростатные СЭС

Преимущество аэростата заключается в том, что на его высоте (больше 20 километров) не затенения, осадков и ветра. Верхняя часть аэростата делается из армированной прозрачной пленки. В середине находится концентратор в виде параболы из металлизированного материала. Отражённый свет концентрируется на термопреобразователе. Он охлаждается водородом (преобразование энергии с разложением воды) или гелием (если энергия передаётся дистанционно посредством СВЧ излучения или радиоволн). Сам шар ориентируется на солнце посредством гироскопов, а управляется посредством перекачки балласта (вода). В одном аэростате может находиться несколько модулей (плавающих шаров).

Вернуться к содержанию
 

С параболоцилиндрическими концентраторами

Конструкция таких электростанций заключается в нагреве теплоносителя для подачи турбогенератор. На постаменте закрепляется параболоцилиндрическое зеркало, которое фокусирует отражённый свет на трубке, где проходит теплоноситель. Он разогревается, попадает теплообменник, где отдаёт тепло воде. Вода переходит в пар и подаётся в турбогенератор для выработки электроэнергии.
Вернуться к содержанию
 

Солнечно-вакуумные электростанции

Этот вид электростанций использует энергию потока воздуха. Этот поток создаётся благодаря разности температур в слое воздуха у земли и на некоторой высоте (делается участок, закрытый стёклами). Конструкция таких СЭС включает в состав высокую башню и участок земли, накрытый стеклом.

Солнечно-вакуумные электростанции

В основании башни находится воздушная турбина и генератор, вырабатывающий электроэнергию. Мощность, которую он вырабатывает, увеличивается при росте разницы температур. Эта разница зависит от высоты башни. Благодаря тому, что такая СЭС использует энергию нагретой земли, она может функционировать практически круглые сутки.

Вернуться к содержанию
 

Электростанции на двигателе Стирлинга

Конструкция таких СЭС представляет собой параболические концентраторы, фокусирующие отражённый свет на двигатель Стирлинга. Есть вариации двигателей Стирлинга, преобразующих электрическую энергию без применения кривошипно-шатунных механизмов. Это даёт возможность добиться высокой эффективности установки. В среднем эффективность находится на уровне 30 процентов. Рабочим телом в таких установках является гелий или водород.
Вернуться к содержанию
 

Комбинированные

Часто на различных видах электростанций ставится теплообменная аппаратура для того, чтобы получать техническую горячую воду. Часто она используется в системе отопления. Такие станции называют комбинированными. Так, что параллельная работа фотоэлементов и солнечных коллекторов далеко не редкость.
Вернуться к содержанию
 

Плюсы и минусы солнечных электростанций

Описанные ниже преимущества и недостатки в равной степени справедливы для стационарных электростанций большой мощности и небольших портативных.

 

Плюсы

• Фотоэлектрические панели улавливают свет, даже когда на небе тучи. Они могут улавливать лучи, недоступные для нашего глаза. Таким образом, электростанция работает беспрерывно;
• Есть возможность комбинировать получение энергии из нескольких источников. Обычно применяют ветро─солнечные батареи, сочетающие возможности обоих типов электростанций. Такая связка может функционировать практически беспрерывно без оглядки на внешние факторы;
• Мобильные электростанции имеют небольшие габариты и могут использоваться для обеспечения электроэнергией дома;
• Средний срок службы оборудования СЭС составляет 30─50 лет. При подключении накопительных аккумуляторов, энергия может быть запасена днём и затем использоваться ночью;
• Солнечная энергия бесплатна;
• Солнечные электростанции надёжны, долговечны и дешёво обходятся в обслуживании.

Вернуться к содержанию
 

Минусы

• Нельзя использовать фотоэлементы ночью. По этой причине нужно использовать накопительные аккумуляторы;
• Не во всех климатических зонах солнечные электростанции имеют одинаковую эффективность;
• СЭС имеют низкий КПД. В большинстве случаев он составляет 20 процентов. То есть, остальные 80 процентов солнечной энергии теряются. Если сравнивать с другими альтернативными электростанциями, то ветряные имеют КПД до 40, а приливные ─ до 70 процентов.

Производители солнечных станций для максимальной эффективности своих систем рекомендуют использовать гибридные системы, преобразующие энергию солнца в тепловую и электрическую.

Вернуться к содержанию
 

Примеры СЭС

Теперь, давайте, рассмотрим примеры солнечных электростанций, которые есть в мире.

 

ТОП 5 самых мощных СЭС в мире

Группа СЭС в штате Гуджарат (Индия)

Этот комплекс электростанций находится в штате Гуджарат. В этом проекте объединены 46 объектов, перерабатывающих солнечную энергию, общей мощностью 856,81 мегаватт. Самым мощным является «Солнечный парк» на севере Гуджарат в местечке Чаранка.

Индия ставит перед собой амбициозную цель – добиться 15 процентов электроэнергии из альтернативных источников. И комплекс СЭС является одним из шагов в этом направлении. В разработке и строительстве этого проекта принимали участие десятки компаний из различных стран.
Вернуться к содержанию
 

Star

СЭС находится в США (штат Калифорния). Объект был запущен в конце прошлого года. Строительство было запущено в 2011 году в районе Antelope Valley. При строительстве станции использовано 3800 тысяч солнечных панелей. Пятая часть этих панелей находится на шасси и имеют возможность поворачиваться вслед за солнцем.

Год назад в США построили СЭС Star в Калифорнии

Суммарная мощность электростанции составляет 579 мегаватт. Этого хватит, чтобы закрыть потребности в электроэнергии для города с населением 75 тысяч человек.
Вернуться к содержанию
 

Topaz

Электростанция также находится в Калифорнии и была запущена в 2014 году. Её построила и эксплуатирует американская компания First Solar. Topaz – это один из крупнейших проектов в сфере солнечной энергетики. Стоимость строительства этой станции составляет 2,5 миллиарда долларов.

В состав СЭС вошли 9 миллионов солнечных модулей. Они выполнены из теллурида кадмия. Суммарная мощность составляет 550 мегаватт электроэнергии. Властями Калифорнии к 2020 году поставлена задача обеспечения электроэнергией из альтернативных источников на 33 процента от всего вырабатываемого объёма.

Вернуться к содержанию
 

Sunlight Farm

Ещё одна СЭС в Калифорнии, которая была запущена в прошлом году. Этот проект расположен в пустыне Мохаве рядом с Национальным Лесным Парком. Мощность Sunlight Farm составляет 550 мегаватт. В её составе работает около девяти миллионов тонкопленочных фотоэлектрических панелей.

Вернуться к содержанию
 

Ivanpah

И замыкает пятёрку проект из той же США суммарной мощностью 397 мегаватт, который был построен в 2013 году. Эта электростанция относится к термально-концентрирующим башенного типа. Ivanpah находится неподалёку от Лас-Вегаса в штате Невада. Первоначально проект проектировался на большую мощность, но затем его урезали, чтобы не он не оказал вредного воздействия на жизнь пустынной черепахи. Общая мощность электростанции 397 МВт.

Солнечная электростанция Ivanpah

В состав станции входят около 170 тысяч гелиостатов, фокусирующих солнечную энергию на три энергетические вышки. Первый год работы станции показал, что энергии было выработано лишь 50% от заявленной мощности. Причиной тому стали разнообразные погодные сюрпризы.
Вернуться к содержанию
 

Солнечные станции в России

На территории России самые мощные СЭС расположены в Крыму. «Перово» рассчитана на 100 мегаватт, а «Охотниково» на 80. Обе станции были построены во время, когда Крым находился в составе Украины. После этого в строй были введены ещё 2 СЭС. Одна в Николаевке общей мощностью 69,7, а вторая во Владиславовке мощностью 110 мегаватт. В системе энергоснабжения Крыма солнечная энергия занимает существенную долю, сравнимую с тепловыми станциями.

В других регионах России можно отметить Кош-Агачскую СЭС. Она находится в республике Алтай. Эта станция заработала в 2014 году. В её составе работает 20880 фотомодулей суммарной мощностью 5 мегаватт. Годом раньше заработала солнечная электростанция такой же мощностью в дагестанском Каспийске. В будущем планируется нарастить её мощность до 9 мегаватт. В Якутии была построена станция мощностью 1 мегаватт, что является рекордом для СЭС за полярным кругом.

В планах строительство СЭС на Ставрополье мощностью 75 мегаватт. Кроме того, компания Xevel собирается развернуть несколько солнечных электростанций на территории Сибири. Их общая мощность составит более 250 МВт. СЭС собираются расположить на побережье Северного Ледовитого океана, на территориях по границам Монголии, Казахстана, Китая. Электростанции от Xevel должны появиться в Забайкалье и Омске.

В силу климатических условий Россия не входит в страны, где высокий процент использования солнечной энергии. Но постепенно солнечные электростанции строятся и есть определённые проекты на будущее.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию