Содержание
Солнечная энергетика для дома и предприятий
Говоря о солнечной энергетике, имеют в виду технологии преобразования энергии солнечного света в другие виды энергии, такие как тепловую и электрическую.
Широко известен тот факт, что солнце излучает огромное количество энергии. По приблизительным подсчётам авторитетных международных организаций количество энергии, потребляемое сегодня человечеством, колеблется на уровне 245 миллионов баррелей нефтяного эквивалента в сутки, а интенсивность потока солнечного излучения у поверхности Земли, при перерасчёте на всю поверхность, составляет 1,74*Е+17 Вт.
То есть, Солнце «отправляет» нам энергии приблизительно в 10 500 раз больше, чем мы сегодня потребляем. Объем солнечной энергии практически не исчерпаем, поэтому очевидно, что такого количества энергии нам хватит на сотни и даже тысячи лет вперед! С учётом всё большего понимания экономических, экологических и прочих проблем, связанных с использованием традиционных энергоресурсов (уголь, нефть, природный газ), интерес к солнечной энергетике с каждым днем возрастает.
На сегодняшний день (время написания статьи 2011 год), когда в мировой экономике все отмечают существенный спад, отрасль солнечной энергетики, одна из не многих, которая отчитывается о положительной динамике роста. Причём показатели эти достаточно впечатлительные и заставили удивиться даже скептиков солнечной энергетики. За последние 10 лет ежегодный средний темп роста (CAGR) новых инсталляций солнечных панелей в мире составил 50,4%, а общий фонд установленных батарей на конец 2010 года приблизился к 39,5 ГВт.
Также интересен прогноз, который предоставляют эксперты рынка на следующие 5 лет. По данным Европейской фотоэлектрической ассоциации (EPIA), общий фонд солнечных модулей на конец 2015 года составит 195,9 ГВт, то есть увеличиться почти в 5 раз!
Солнечную энергетику чаще всего разделяют по направлениям
• гелиотермальная энергетика, где нагрев теплоносителя для отопления, ГВС и прочих нужд происходит при помощи прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию;
• получение электроэнергии с помощью тепловых машин, нагрев рабочего тела в которых, происходит за счет солнечной энергии;
• преобразование солнечной энергии в электроэнергию с помощью солнечной панели (солнечной батареи).
Солнечные панели
Под солнечной панелью понимают набор, соединённых между собой фотомодулей. Фотомодуль (далее модуль) в свою очередь состоит из фотоэлементов или фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).
Отдельный фотоэлектрический преобразователь — это полупроводниковый прибор, преобразующий энергию фотонов (энергию света) в электрическую энергию. Преобразование энергии происходит на уровне атомного строения тела. Наиболее распространённый материал для изготовления ФЭП это кремний. Каждый отдельный ФЭП способен вырабатывать напряжение сравнительно малой величины (около 0,5 В), поэтому отдельные элементы собирают в модули, а модули в панели.
В зависимости от задачи энергоснабжения используются различные схемы коммутации солнечных панелей. Например, для зарядки мобильного телефона одна, для работы автономного освещения другая, для работы электросети здания и работы с «зелёным тарифом» третья и т. д. («зелёный тариф» — это специальный тариф, по которому государством закупается электрическая энергия, произведенная на объектах электроэнергетики, которые используют альтернативные источники энергии).
В результате преобразования энергии света солнечная панель на своём выходе генерирует постоянное электрическое напряжение для работы в системах с номинальным напряжением, как правило, 12, 24 или 48 вольт.
Хотя внутренние электронные схемы многих потребителей электроэнергии (телевизор, компьютер, музыкальный центр и другие) работают на постоянном напряжении (и для работы имеют встроенные блоки питания), всё же на сегодняшний день, в «обычной» электрической сети переменное напряжение, и все приборы адаптированы для питания от сети с переменным напряжением. 220 вольт для однофазной сети, либо 380 вольт для трёх фазной сети. Поэтому одних солнечных панелей, с постоянным напряжением, для полноценного обеспечения электроэнергией не достаточно. Дополнительно необходим инвертор — электронное устройство, которое преобразовывает постоянное напряжение в переменное.
Солнечная панель вырабатывает электроэнергию при попадании не её поверхность света, то есть, в тёмное время суток солнечная панель «отдыхает». Но, как правило, нам необходима электроэнергия «круглые» сутки, поэтому в систему солнечных панелей вводиться блок аккумуляторных батарей. По своему назначению он выполняет ту же функцию, что и аккумулятор в автомобиле или «батарейка» в мобильном телефоне, накапливает электроэнергию в момент её излишка, и отдает в момент её нехватки.
Заряд аккумуляторной батареи от солнечной панели, требует соблюдения определённого алгоритма. Для управления процессом зарядки аккумуляторов, используется электронное устройство – контроллер заряда.
Типовая схема подключения солнечной панели выглядит следующим образом.
Для уменьшения капитальных вложений в систему на солнечных панелях, необходимо использовать электрооборудование с высокой энергоэффективностью. При выборе бытовых электроприборов необходимо обращать особое внимание на класс энергоэффективности. Например, для освещения можно использовать светодиодные лампы, которые в 10 раз эффективнее ламп накаливания, и более чем в 2 раза эффективнее энергосберегающих люминесцентных ламп.
Максимальную эффективность солнечные панели имеют при «падении» солнечных лучей перпендикулярно к поверхности модуля. Так как солнце все время «перемещается» по небу, для эффективного использования панели возможно применение устройств слежения и поворота панели к солнцу.
Пример панели без системы слежения («жестко укреплённой»)
Пример панели с системой слежения (поворота) «за Солнцем»
При установке солнечных панелей, необходимо знать основные характеристики ФЭП и особенности работы системы на солнечных панелях. В зависимости от материала и технологии изготовления, ФЭП отличаются коэффициентом полезного действия (КПД), устойчивостью к повышению температуры, габаритами, и конечно же стоимостью.
Сегодня оптимальными для применения и самыми распространёнными являются ФЭП из моно- и поли- кристаллического кремния, хотя есть и другие варианты решения (панели на аморфном кремнии, тонкоплёночные панели, нанокристаллические панели и другие).
Применительно к солнечной панели, КПД — это параметр, который показывает какая часть энергии светового потока преобразовывается в электрическую. Для разных регионов Украины, годовая суммарная энергия светового потока, на единицу площади различна и колеблется от 1000 до 1350 кВт•ч/м? для горизонтальной поверхности. Показатель КПД у солнечных панелей (на время написания статьи) составляет около 14 %. Этот параметр будет влиять на суммарную площадь панелей, и как следствие на площадь, которая будет «покрыта» панелями.
Например, если КПД солнечной панели составляет 12 % и освещается световым потоком интенсивностью 1100 Вт/м2, то выходная мощность этой панели составит 1100 Вт/м2 * 0,12 = 132 Вт с 1 м2 площади солнечной панели.
Устойчивость ФЭП к повышенной температуре подразумевает сохранение солнечной панелью выходных характеристик (напряжения, тока) с увеличением температуры. Рабочие параметры панели рассчитываются при температуре окружающей среды 25°С, с увеличением этого параметра электрические характеристики и срок службы ФЭП изменяются. И если мы говорим о продолжительном сроке эксплуатации в условиях с реальной температурой выше, чем 25°С, то этим параметром пренебрегать нельзя.
К особенностям работы системы также относится место и способ установки панелей. Эти детали влияют на количество оборудования и интенсивность солнечного света для конкретного модуля. Кроме того, количество и модель устройств в системе солнечного электроснабжения, зависит от назначения объекта и потребителя, которому необходимо обеспечить электроснабжение. Например, могут быть варианты: жилой дом, производственный объект, сельскохозяйственный объект, объекты, требующие энергии больше в дневное или ночное время.
С учётом всех перечисленных факторов необходимо иметь в виду, что установка и расчёт системы солнечных панелей (батарей) должна проводиться специалистом.
Основные преимущества солнечных панелей
Высокая надёжность. Конструкция на солнечных панелях не имеет механических, движущихся частей, вследствие чего имеет высокий запас надёжности, что подтверждается использованием в местах, где ремонт практически не возможен – космических системах, и пр.
Минимальные эксплуатационные расходы. После монтажа солнечные панели, не требуют большого внимания, регламентных работ и сервисного обслуживания. Это позволяет использовать панели в труднодоступных местах, где обслуживание либо дорого, либо проводить нельзя.
Экологическая чистота. При работе солнечных панелей нет никаких вредных выбросов и отходов. Солнечные панели работают бесшумно.
Срок эксплуатации. На сегодняшний день, срок службы солнечных панелей доведён до 20-25 лет.
Простота установки. Монтаж системы достаточно прост. Изменение выходной мощности достигается простым добавлением или демонтажем модулей. Другими словами, есть возможность постепенного увеличения мощности по мере необходимости и наличия финансовой возможности.
По известным причинам, интерес к солнечным панелям растёт с каждым годом, отсюда и старание производителей обеспечить рынок. Как отмечают аналитики, сегодня объёмы производства не отвечают потребностям, и хотя производственные мощности увеличиваются с каждым годом, стоимость солнечной панели экономически интересна пока не во всех странах. Производители стремятся оптимизировать стоимость затрат на изготовление солнечных панелей, а возрастающий спрос способствует «сближению» процессов производства и покупки.
На практике, при определении оценочной стоимости солнечной панели, говорят о стоимости за 1 Ватт электрической мощности. Понимая, что если 1 Ватт стоит условно 2 US$, то панель мощность 10 Ватт стоит около 20 US$, а панель мощностью 100 Ватт около 200 US$. Стоимость солнечной панели постоянно уменьшается, с динамикой 50 US$/Ватт в 70-е годы, до 1,5 US$/Ватт на момент написания статьи. Очевидно, что стоимость солнечной панели будет продолжать уменьшаться.
Так как вся система на солнечных панелях состоит не только из самих панелей, а еще содержит устройства, упомянутые выше, то и стоимость всей установки выше. На сегодня монтаж объекта «под ключ» в Украине составляет приблизительно 4-5 US$ за 1 Ватт.
Так как с уменьшением мощности потребителей, уменьшается мощность и стоимость системы электроснабжения на солнечных панелях, эффективно рассматривать работу солнечных панелей с энергосберегающим оборудованием, например применять светодиодные лампы для освещения, тепловые насосы для отопления и индукционные печи для приготовления пищи.
Примеры использования солнечной энергетики в промышленных электростанциях
Как уже отмечалась, цифры отражающие сегодня характеристики развития солнечной энергетики стабильно растут. Солнечная панель давно перестала быть термином узкого круга технических специалистов и сегодня о солнечной энергетике не только говорят, но и получают прибыль от реализованных проектов.
В сентябре 2008 года было завершено строительство солнечной электростанции расположенной в Испанском муниципалитете Ольмедилья-де-Аларкон. Пиковая мощность электростанции Olmedilla достигает 60 МВт.
Солнечная станция Olmedilla
В Германии эксплуатируется солнечная станция Waldpolenz, которая находится в Саксонии, в районе городов Брандис и Бенневиц. Пиковая мощность этой станции составляет 40 МВт, благодаря чему она входит в число крупнейших солнечных электростанций мира.
Солнечная станция Waldpolenz
Неожиданно для многих, хорошими новостями начала радовать и Украина. Согласно данным ЕБРР, Украина уже в ближайшее время может занять место лидера среди экологически чистых экономик Европы, особенно в отношении рынка солнечной энергии, который является одним из наиболее перспективных рынков возобновляемых источников энергии.
В данный момент, крупнейшая солнечная электростанция Европы располагается именно в Украине, и планируется, что рынок солнечной энергии Украины ежегодно будет расти на 90 % до 2015 года. К тому же, Энергетическая стратегия Украины рассчитывает достигнуть до 20 % производства энергии из возобновляемых источников до 2020 года, а украинский льготный тариф в отношении альтернативной энергии почти в два раза превосходит тариф некоторых стран «большой восьмерки».
Станция «Охотниково» (АР Крым) общей мощностью 80 МВт построена на базе поликристаллических солнечных панелей, расположена более чем на 160 гектарах и состоит из примерно 360 000 модулей. Солнечный парк «Охотниково» будет производить 100 000 МВт-часов электроэнергии в год и сможет сократить выбросы углекислого газа до 80 000 тонн в год. Данная солнечная электростанция сможет удовлетворить потребности в электроэнергии около 20 000 домохозяйств.
СЭС «Охотниково» мощностью 80 МВт (АР Крым)
Станция «Перово» (АР Крым) мощностью 100 МВт реализована в 2011 году и является одной из крупнейших в своем роде в мире. Солнечная электростанция состоит из 440 тысяч кристаллических солнечных фотоэлектрических модулей, соединенных 1500 км кабеля, и установленных на более 200 га площади, что составляет около 259 футбольных полей. Установка будет производить 132500 МВт*ч чистой электроэнергии в год, что достаточно для удовлетворения плановой пиковой потребностей в электроэнергии Симферополя, столицы Крыма. Станция позволяет сократить выбросы CO2 на 105 тысяч тонн в год. В строительстве станции были использованы основные компоненты, включая солнечные модули и инверторы, от ведущих европейских и азиатских производителей.
СЭС «Перово» мощностью 100 МВт (АР Крым)
Ознакомьтесь с готовыми комплектами солнечных электростанций >>
Некоторые проекты
Солнечная энергетика в горах Швейцарии: яблоко раздора или путь в будущее?
Компьютерная визуализация планируемого проекта Gondosolar вблизи швейцарско-итальянской границы. Gondosolar
Как избавиться от газа и нефти? Перспективным направлением является солнечная энергетика. В горах солнца много, но при этом энергопроекты в альпийском высокогорье, как выясняется, связаны с риском социальных конфликтов.
Этот контент был опубликован 17 октября 2022 года — 07:00
Строительство крупных солнечных электростанций в высокогорных альпийских регионах в теории является наиболее эффективным форматом организации получения достаточного количества электроэнергии в зимний период и методом ускорения так называемого «энергетического перехода» на экологически чистые источники возобновляемой энергии. Да, в горах солнца много, но при этом альпийское высокогорье, как выясняется, несет в себе еще и значительный конфликтный потенциал.
Как избавиться от газа и нефти? Перспективным направлением является солнечная энергетика. По последним данным исследований размещение солнечных панелей в высокогорных регионах Швейцарских Альпах может стать источником не менее 16 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии в год, что уже эквивалентно половине той солнечной энергии, которую в Швейцарии хотят производить ежегодно к 2050 году.
Проект Grengiols-Solar может быть реализован немедленно, и он принесет дополнительную выработку энергии в размере 1 ТВт·ч в год. SRF
Крупные высокогорные энергетические проекты на основе технологий, преобразующих свет солнца в электричество, уже реализуются в некоторых регионах Китая, небольшие «солнечные парки» можно найти в горах Франции и Австрии. Однако в Швейцарских Альпах такие установки в настоящее время еще весьма редки. А почему обязательно надо лезть в горы? В конце концов, солнечные панели можно установить на крыше каждого дома, а они, дома, в массе своей находятся не в горах, а низинах. Так в чем дело? Во-первых, солнечные панели обычно устанавливаются с использованием возможностей, предоставляемых существующими объектами жилой или промышленно-деловой инфраструктуры.
В долинах, конечно, существует плотная жилая застройка, но в горах тоже есть горные турбазы, подъемники или плотины, такие как, например, расположенная на высоте 2 500 метров над уровнем моря плотина водохранилища Муттзее (Muttsee) в центральной Швейцарии на границе кантонов Гларус и Граубюнден. На них тоже можно монтировать солнечные панели. Кроме того, в низинах часто стоит туман, а в горах солнце светит гораздо чаще. Тем не менее, как бы там ни было, в настоящее время Швейцария получает за счет солнца только 6% всей необходимой электроэнергии.
Внешний контент
Однако война России против Украины и грозящая поэтому стране острая нехватка энергии заставляют швейцарцев приступить к фундаментальному переосмыслению всей своей энергетической стратегии. По итогам осенней парламентской сессии в стране было даже провозглашено начало «наступления» на фронте развития солнечной энергетики. Цель: заметно упростить с бюрократической точки зрения и ускорить с технической точки зрения реализацию проектов по разработке и монтажу альпийских солнечных энергетических систем.
Показать больше
Сейчас в этом смысле в центре внимания находятся два таких проекта, расположенные в солнечном южном швейцарском кантоне Вале. Один проект по созданию «солнечного парка» под названием Gondosolar находится в горах над уже довольно известной деревней Гондо (это недалеко от перевала Симплон). Другой, более крупный проект, реализуется в регионе Гренгиольс (Grengiols) на севере кантона недалеко от города Рарон. Проект GondosolarВнешняя ссылка предполагает установку 4 500 солнечных панелей на площади в десять гектаров — а это 14 футбольных полей. Данный участок принадлежит частным владельцам и расположен он недалеко от швейцарско-итальянской границы.
Проект Gondosolar предполагает установку 4 500 солнечных панелей на площади в десять гектаров. Gondosolar
Такой парк солнечных панелей позволит производить 23,3 миллиона киловатт-часов (КВт⋅ч) электроэнергии в год, что достаточно для обеспечения 5 200 односемейных домов. Таково, по крайней мере, мнение Ренато Йордана (Renato Jordan), организатора проекта, которому и принадлежит этот участок земли. Проект Й. Йордана стоимостью 42 млн швейцарских франков получил поддержку местной общины Гондо-Цвишберген (Gondo-Zwischbergen) и швейцарского энергетического концерна Alpiq. Однако этот проект, что и понятно, вызывает горячие споры.
В августе 2022 года группа радикальных левых экологических активистов организовала небольшую, но шумную демонстрацию на пастбище, там, где на высоте 2 000 метров над уровнем моря и будет построена солнечная электростанция. «Мы полностью согласны с тем, что у нас в стране потенциал солнечной энергетики далеко не исчерпан, но мы считаем, что не менее значительный потенциал есть у уже существующих жилых зданий и общественной инфраструктуры», — указала SWI swissinfo. ch Марен Керн, исполнительный директор экологической общественной организации из Берна Mountain Wilderness SwitzerlandВнешняя ссылка.
Показать больше
«Мы не видим необходимости влезать на эти высоты и эксплуатировать девственные неосвоенные регионы, по крайней мере, пока мы не использовали весь потенциал, который уже есть в стране». По данным Федерального энергетического ведомства (Bundesamt für Energie, подразделение Федерального министерства транспорта, энергетики и коммуникаций UVEK), установка панелей на крышах и фасадах существующих зданий сможет обеспечить стране 67 ТВт·ч солнечной электроэнергии в год — а это намного больше объема, на который Швейцария хочет выйти к 2050 году (34 ТВт·ч в год, для сравнения — в 2021 году в стране было произведено 2,8 ТВт·ч солнечной энергии).
Плюсы и минусы
Эксперты говорят, что альпийские солнечные энергопарки обладают заметными преимуществами. Главное из них: большая часть энергии будет производиться ими зимой, когда в Швейцарии возникает наиболее сложная ситуация в области поставок электричества. «В Альпах много солнечного света, особенно зимой, и там Вы можете производить солнечную энергию, стабильно находясь выше уровня постоянной облачности», — указал недавно в интервью швейцарскому общественному телевидению SRF Кристиан Шаффнер, исполнительный директор Центра энергетических наук и технологий при Высшей технической школе Цюриха ETH (Executive Director of the Energy Science Center ESC).
Показать больше
По его мнению, солнечные панели наиболее эффективно работают именно при низких температурах высокогорья. Там можно также вертикально устанавливать двусторонние панели с двумя рабочими поверхностями, с тем чтобы преобразовывать не только прямой, но и отраженный солнечный свет. Тем не менее здесь еще остается много неизвестного, особенно в том, что касается затрат, рентабельности и выбора подходящих локаций. По оценкам организаторов проекта Gondosolar, их установка будет способна производить в два раза больше электроэнергии в пересчете на квадратный метр, чем аналогичный объект в долине.
Они утверждают, что не планируют размещать этот «солнечный парк» в сложных местах, например, в природоохранных зонах или в зонах повышенного риска возникновения стихийных бедствий, таких как сход лавин. Кроме того, панели не будут видны со стороны близлежащих деревень, то есть красивых горных видов они не испортят. Организаторами уже была подана заявка на включение данного проекта в кантональные планы бюджетной поддержки солярной энергетики, но решение пока еще не принято. Так или иначе, но внести свой вклад в противодействие возможному дефициту энергии этой зимой проект не сможет, так как завершение проектных и строительно-монтажных работ ожидается тут не ранее 2025 года.
Семь сотен футбольных полей
Гораздо более крупную солнечную электростанцию на высоте 2 000 метров планируется построить возле деревни Гренгиольс. «Проект Grengiols-Solar может быть реализован немедленно, и он принесет дополнительную выработку энергии в размере 1 ТВт·ч в год», — указал депутат Совета кантонов (малая палата федерального парламента страны) от кантона Вале Беат Ридер (Beat Rieder, партия «Центр / Die Mitte») в интервью газете Tages-Anzeiger. Теоретически эта установка способна удовлетворить потребности в электроэнергии небольшого города с населением от 100 до 200 тыс. человек.
Экологи, однако, обеспокоены тем, что этот огромный по площади объект — эквивалент 700 футбольных полей — будет расположен рядом с природным резерватом Landschaftspark BinntalВнешняя ссылка, который имеет статус «регионального природного парка национального значения». Армин Цайтер (Armin Zeiter), председатель правления общины Гренгиольс, не считает, что солнечные панели будут уродовать ландшафт. Кроме того «для меня возобновляемая энергия — это как раз и есть сохранение природы», — сказал он радио SRF.
В августе 2022 года группа левых экологических активистов организовала демонстрацию на горном пастбище на высоте 2 000 метров, там, где может быть реализован проект Gondosolar. © Keystone / Gabriel Monnet
В итоге в июне община высказалась за реализацию этого проекта стоимостью 750 млн швейцарских франков. Она надеется, что монтажные работы могут быть начаты уже в ближайшее время, но собственно заявка на проведение предварительного планирования и разметки проекта на месте еще не подана. Остается еще и много открытых вопросов, таких как пригодность самого участка для этого вида природопользования и способ подключения системы к общей энергосети. Левая швейцарская газета WochenzeitungВнешняя ссылка недавно сообщала о существовании в общине и тех, кто выступает против проекта.
«Солнечное наступление»
А между тем в политическом центре Швейцарии, Берне, кипит своя работа. Бойцы невидимого политического фронта пытаются найти компромисс по целому ряду насущных вопросов, например по вопросу о том, как защиту климата следует согласовывать со «шкурными» интересами граждан, которые уже не раз доказывали на референдумах, кто они готовы в теории бороться за климат и природу, только платить за все это должен кто-то другой. Еще один вопрос — зависимость Европы от российского газа и то, какие меры нужно принять в плане подготовки страны к зиме.
Показать больше
Недавно парламент согласовал пакет мер по защите климата на сумму 3,2 млрд швейцарских франков. Эти меры должны будут по идее помочь Швейцарии достичь своих долгосрочных целей по сокращению объемов выбросов парниковых газов (водяной пар, метан, CO2) и хотя бы частично решить проблему непосредственной энергетической безопасности Швейцарии, которая оказалась под угрозой из-за агрессии России против Украины. Парламент также согласился, что удвоить уже к 2035 году количество производимой в Швейцарии возобновляемой энергии можно, только реализовав более решительные шаги — причем ускоренными темпами. Одна из мер — резко увеличить объемы производства солнечной электроэнергии как в низинах, так и в Альпах.
Беат Ридер и ряд других правых депутатов настаивали на либерализации правил допуска и сертификации соответствующих проектов и на смягчении экологических норм, с тем чтобы крупные солнечные установки в Альпах могли бы строиться быстрее и эффективнее. Левые депутаты и экологи были просто в шоке, и в итоге парламент принял умеренное средневзвешенное решение в духе традиций швейцарского политического консенсуса. Решено, что крупные альпийские солнечные электростанции, производящие более 10 ГВт·ч энергии в год, смогут воспользоваться федеральной бюджетной поддержкой в размере до 60% совокупных инвестиционных затрат.
Кроме того, упрощенные процедуры сертификации будут действовать только для таких станций, установка альпийских солнечных электростанций в охраняемых природных зонах будет недопустима, а по окончании срока своей службы все панели должны быть демонтированы. Наконец, все новые здания площадью более 300 м2 в любой точке страны также должны строиться с солнечными батареями на крышах или стенах.
Семь ведущих компаний в поисках проектов
Организация Mountain Wilderness заявила, что испытывает «радость от того, что бесплатная индустриализация Альп была все-таки предотвращена». Но она по-прежнему недовольна результатом парламентской работы, поскольку требования по размерам зданий исключает обязательную установку солярных панелей на крыши односемейных домов. Фонд Франца ВебераВнешняя ссылка, еще одна радикальная левая организация, назвала «безответственным» решение парламента в пользу поддержки строительства крупных альпийских «солнечных парков», указав, что это решение следовало бы оспорить на референдуме.
А вот фонд Pro Natura, со своей стороны, приветствовал тот факт, что парламент намерен и далее поддерживать исследования характера воздействия таких проектов на окружающую среду, хотя «реализация таких проектов все равно будет происходить в основном за счет природы». Доволен и бизнес: семь ведущих швейцарских электроэнергетических компаний уже начали искать варианты инвестиций в высокогорные солнечные проекты. Как указала газета NZZ am Sonntag, эти энергокомпании из различных кантонов страны уже подписали контракты с группой Solalpine, вице-президентом которой является Ренато Тами (Renato Tami), бывший директор Швейцарской федеральной комиссии по вопросам энергоснабжения (Elcom).
Цель группы Solalpine состоит в поиске по меньшей мере десяти возможных площадок для строительства высокогорных солнечных энергетических парков. Затем она планирует начать процесс консультаций с местными властями, гражданским обществом и вообще всеми заинтересованными сторонами. Составив технико-экономическое обоснование проектов, компания Solalpine продаст их заинтересованным электроэнергетическим компаниям. Эти компании уже, со своей стороны, подадут заявки на получение разрешений на строительство.
Показать больше
Показать больше
В соответствии со стандартами JTI
Показать больше: Сертификат по нормам JTI для портала SWI swissinfo.ch
Показать больше
Солнечная интеграция: основы солнечной энергии и хранения
Иногда два лучше, чем один. Одним из таких случаев является сочетание технологий солнечной энергии и хранения. Причина: солнечная энергия не всегда производится в то время, когда она больше всего нужна. Пиковое энергопотребление часто приходится на летние дни и вечера, когда падает выработка солнечной энергии. В это время температура может быть самой высокой, и люди, которые работают в дневное время, возвращаются домой и начинают использовать электричество для охлаждения своих домов, приготовления пищи и запуска приборов.
Хранилище помогает солнечной энергии вносить свой вклад в электроснабжение, даже когда солнце не светит. Это также может помочь сгладить различия в том, как солнечная энергия течет по сети. Эти различия связаны с изменениями количества солнечного света, попадающего на фотоэлектрические (PV) панели или системы концентрации солнечной тепловой энергии (CSP). На производство солнечной энергии могут влиять сезон, время суток, облачность, пыль, дымка или препятствия, такие как тени, дождь, снег и грязь. Иногда хранилище энергии совмещается с системой солнечной энергии или размещается рядом с ней, а иногда система хранения стоит отдельно, но в любой конфигурации она может помочь более эффективно интегрировать солнечную энергию в энергетический ландшафт.
Что такое хранение энергии?
«Хранение» относится к технологиям, которые могут улавливать электричество, хранить его в виде другой формы энергии (химической, тепловой, механической), а затем высвобождать ее для использования, когда это необходимо. Литий-ионные аккумуляторы являются одной из таких технологий. Хотя использование накопления энергии никогда не бывает эффективным на 100 % — некоторая часть энергии всегда теряется при преобразовании энергии и ее извлечении, — хранение позволяет гибко использовать энергию в разное время, когда она была произведена. Таким образом, хранение может повысить эффективность и отказоустойчивость системы, а также улучшить качество электроэнергии за счет согласования спроса и предложения.
Хранилища различаются как по энергоемкости, которая представляет собой общее количество энергии, которое может быть сохранено (обычно в киловатт-часах или мегаватт-часах), так и по мощности, которая представляет собой количество энергии, которое может быть высвобождено при заданной время (обычно в киловаттах или мегаваттах). Разные энергетические и энергетические мощности накопителей могут использоваться для решения разных задач. Краткосрочное хранение, которое длится всего несколько минут, обеспечит бесперебойную работу солнечной электростанции во время колебаний мощности из-за проходящих облаков, в то время как более долгосрочное хранение может помочь обеспечить поставку в течение нескольких дней или недель, когда производство солнечной энергии низкое или во время серьезного погодного явления. , Например.
Преимущества сочетания аккумулирования и солнечной энергии
- Балансировка нагрузки электроэнергии вопросы перегенерации и надежности сети. И наоборот, могут быть другие времена, после захода солнца или в пасмурные дни, когда солнечной энергии мало, но есть большой спрос на электроэнергию. Введите хранилище, которое можно заполнить или зарядить, когда выработка высокая, а потребление энергии низкое, а затем раздать, когда нагрузка или спрос высоки. Когда часть электричества, произведенного солнцем, помещается в хранилище, это электричество можно использовать всякий раз, когда оно нужно операторам сети, в том числе после захода солнца. Таким образом, хранение действует как страховой полис от солнечного света.
- «Укрепление» солнечной генерации — Кратковременное хранение может гарантировать, что быстрые изменения в генерации не сильно повлияют на мощность солнечной электростанции. Например, небольшую батарею можно использовать для преодоления кратковременного сбоя генерации из-за пролетающего облака, помогая сети поддерживать «устойчивое» электроснабжение, которое является надежным и стабильным.
- Обеспечение отказоустойчивости — Солнечная энергия и накопители могут обеспечить резервное питание во время отключения электричества. Они могут поддерживать работу критически важных объектов для обеспечения непрерывности основных услуг, таких как связь. Солнечная энергия и накопители также могут использоваться для микросетей и приложений меньшего масштаба, таких как мобильные или портативные блоки питания.
Типы аккумулирования энергии
Наиболее распространенным типом аккумулирования энергии в энергосистеме являются насосные гидроэлектростанции. Но технологии хранения, наиболее часто связанные с солнечными электростанциями, представляют собой электрохимическое хранение (батареи) с фотоэлектрическими установками и хранение тепла (жидкости) с установками CSP. Другие типы хранилищ, такие как хранилища сжатого воздуха и маховики, могут иметь другие характеристики, такие как очень быстрая разгрузка или очень большая емкость, что делает их привлекательными для операторов энергосистем. Более подробная информация о других типах хранилищ приведена ниже.
Аккумулирующие гидроэлектростанции
Аккумулирующие гидроэлектростанции — это технология накопления энергии на основе воды. Электрическая энергия используется для перекачивания воды вверх в водохранилище, когда потребность в энергии невелика. Позже вода может течь обратно вниз по склону и вращать турбину для выработки электроэнергии, когда спрос высок. Насосная гидроэнергетика — это хорошо проверенная и зрелая технология хранения, которая используется в Соединенных Штатах с 1929 года. Однако она требует подходящих ландшафтов и резервуаров, которые могут быть естественными озерами или искусственными путем строительства дамб, что требует длительных разрешений регулирующих органов, длительных сроки реализации и большой первоначальный капитал. Помимо энергетического арбитража, стоимость услуг насосных гидроэлектростанций для интеграции переменных возобновляемых источников энергии не полностью реализована, что может увеличить период финансовой окупаемости. Таковы некоторые из причин, по которым в последнее время гидроэлектростанции не строились, хотя интерес очевиден из запросов в Федеральную комиссию по регулированию энергетики о предварительных разрешениях и лицензиях.
Электрохимическое хранилище
Многие из нас знакомы с электрохимическими батареями, которые используются в ноутбуках и мобильных телефонах. Когда электричество подается в батарею, оно вызывает химическую реакцию, и энергия сохраняется. Когда батарея разряжается, эта химическая реакция меняется на обратную, что создает напряжение между двумя электрическими контактами, в результате чего из батареи течет ток. Наиболее распространенный химический состав для аккумуляторных элементов — литий-ионный, но другие распространенные варианты включают свинцово-кислотные, натриевые и никелевые батареи.
Аккумулирование тепловой энергии
Аккумулирование тепловой энергии — это семейство технологий, в которых жидкость, такая как вода, расплав соли или другой материал, используется для хранения тепла. Затем этот теплоаккумулирующий материал хранится в изолированном резервуаре до тех пор, пока не потребуется энергия. Энергия может использоваться непосредственно для обогрева и охлаждения или для производства электроэнергии. В системах хранения тепловой энергии, предназначенных для электричества, тепло используется для кипячения воды. Полученный пар приводит в действие турбину и производит электроэнергию, используя то же оборудование, которое используется на обычных электростанциях. Аккумулирование тепловой энергии полезно в установках CSP, которые фокусируют солнечный свет на приемнике для нагрева рабочей жидкости. Сверхкритический диоксид углерода исследуется в качестве рабочей жидкости, которая может использовать преимущества более высоких температур и уменьшить размер электростанций.
Хранение маховика
Маховик представляет собой тяжелое колесо, прикрепленное к вращающемуся валу. Расход энергии может заставить колесо вращаться быстрее. Эту энергию можно извлечь, подключив колесо к электрическому генератору, который использует электромагнетизм для замедления вращения колеса и выработки электроэнергии. Хотя маховики могут быстро обеспечить мощность, они не могут хранить много энергии.
Хранение сжатого воздуха
Системы хранения сжатого воздуха состоят из больших емкостей, таких как резервуары, или естественных образований, таких как пещеры. Компрессорная система накачивает сосуды сжатым воздухом. Затем воздух можно выпустить и использовать для привода турбины, вырабатывающей электричество. Существующие системы хранения энергии на сжатом воздухе часто используют высвобождаемый воздух как часть энергетического цикла природного газа для производства электроэнергии.
Солнечное топливо
Солнечная энергия может использоваться для создания новых видов топлива, которые можно сжигать (сжигать) или потреблять для получения энергии, эффективно сохраняя солнечную энергию в химических связях. Среди возможных видов топлива, которые изучают исследователи, — водород, полученный путем отделения его от кислорода в воде, и метан, полученный путем объединения водорода и углекислого газа. Метан является основным компонентом природного газа, который обычно используется для производства электроэнергии или отопления домов.
Виртуальное хранилище
Энергию также можно сохранить, изменив то, как мы используем уже имеющиеся у нас устройства. Например, нагревая или охлаждая здание перед ожидаемым пиком потребления электроэнергии, здание может «аккумулировать» эту тепловую энергию, поэтому ему не нужно потреблять электричество позже в течение дня. Само здание действует как термос, сохраняя холодный или теплый воздух. Аналогичный процесс можно применить к водонагревателям, чтобы распределить спрос в течение дня.
В конечном счете, частные и коммерческие потребители солнечной энергии, а также коммунальные предприятия и крупные операторы солнечной энергии могут извлечь выгоду из систем, сочетающих солнечную энергию и аккумулирование. По мере продолжения исследований и снижения стоимости солнечной энергии и ее хранения решения для солнечной энергии и хранения станут более доступными для всех американцев.
Дополнительная информация
Узнайте больше о программе интеграции систем Solar Office.
Узнайте о грандиозном конкурсе Министерства энергетики США по хранению энергии.
Подпишитесь на нашу рассылку , чтобы быть в курсе последних новостей.
Главная » Информационные ресурсы по солнечной энергии » Основы системной интеграции
Фотогальваника | Министерство энергетики
Перейти к основному содержанию
Фотогальванические (PV) технологии, более известные как солнечные панели, генерируют энергию с помощью устройств, которые поглощают энергию солнечного света и преобразуют ее в электрическую энергию с помощью полупроводниковых материалов. Эти устройства, известные как солнечные элементы, затем соединяются в более крупные энергоблоки, известные как модули или панели. Узнайте больше о том, как работает PV.
Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики США (SETO) поддерживает проекты исследований и разработок в области фотоэлектрических систем, которые снижают стоимость вырабатываемой солнечной энергией электроэнергии за счет повышения эффективности и надежности. Исследовательские проекты PV в SETO работают над сохранением лидерства США в этой области, и за последние несколько десятилетий они оказали сильное влияние. Примерно половина мировых рекордов эффективности солнечных батарей, которые отслеживаются Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, были подтверждены Министерством энергетики, в основном исследованиями SETO PV. SETO работает над приведенной стоимостью 0,02 доллара за киловатт-час (кВтч) для солнечных фотоэлектрических систем коммунального назначения, 0,04 доллара за кВт-ч для коммерческих фотоэлектрических систем и 0,05 доллара за кВт-ч для жилых фотоэлектрических систем на крыше.
В сентябре 2021 года Министерство энергетики выпустило отчет Solar Futures Study , в котором исследуется роль солнечной энергии в достижении этих целей в рамках обезуглероженной электросети США. Узнайте больше о целях SETO .
В области исследований SETO в области фотоэлектрических систем усилия сосредоточены на нескольких темах. Узнайте больше о них ниже.
Темы исследований
Надежность фотоэлектрических систем и разработка стандартов
Надежность фотоэлектрических систем означает способность этих технологий надежно производить электроэнергию в течение длительного и предсказуемого срока службы.
Учить больше
Проектирование фотоэлектрических систем и выход энергии
Проектирование фотоэлектрических систем и исследования выхода энергии направлены на то, чтобы понять, как можно сконфигурировать солнечные установки и эксплуатировать их для максимизации выработки энергии.
Учить больше
Дизайн фотоэлектрических элементов и модулей
Исследования технологий фотоэлектрических элементов и модулей направлены на повышение эффективности и надежности, снижение производственных затрат и снижение стоимости солнечной электроэнергии.
Учить больше
Управление прекращением эксплуатации солнечной фотоэлектрической энергии
Управление прекращением эксплуатации фотоэлектрических систем относится к процессам, которые происходят, когда солнечные панели и все другие компоненты выводятся из эксплуатации.
Учить больше
Финансирование SETO для исследований в области фотоэлектрических систем присуждается за инновационные концепции и экспериментальные проекты в рамках ряда технологических подходов, которые обещают добиться значительного снижения затрат и обеспечить более быстрое широкомасштабное развертывание. Эти проекты сосредоточены на концепциях, которые могут добиться коммерческого успеха в краткосрочной перспективе или в течение 10-20 лет. Это создает в Соединенных Штатах инновационную экосистему, поддерживающую долгосрочный рост солнечной энергетики. Проектами в этой области исследований управляет группа по фотогальванике и группа по производству и конкурентоспособности. Узнайте больше о программах финансирования SETO и текущих возможностях финансирования. Чтобы увидеть все фотоэлектрические проекты, финансируемые SETO, посетите базу данных исследований солнечной энергии.
Photovoltaics Technologies
- Crystalline Silicon
- Cadmium Telluride (CdTe)
- Copper Indium Gallium Diselenide (CIGS)
- Perovskites
- Multijunction (III-V)
- Organic
More Photovoltaics Information
Информационный бюллетень: Фотогальваника
Основы солнечной фотоэлектрической технологии
Основы проектирования солнечной фотоэлектрической системы
Солнечная производительность и эффективность
Солнечные фотоэлектрические элементы 101: Учебник по солнечным фотоэлектрическим элементам
Руководство домовладельца по переходу на солнечную энергию
Руководство фермера по переходу на солнечную энергию
Истории успеха в фотоэлектрической отрасли
EERE История успеха — Национальная лаборатория достигает самых точных в мире измерений производительности кремниевых модулей
NREL Министерства энергетики США — одна из немногих аккредитованных лабораторий в мире, которые измеряют и оценивают производительность солнечных фотоэлектрических модулей.
Учить больше
История успеха EERE — маленькое чудо: новый преобразователь и установка проводки могут повысить производительность фотоэлектрического модуля
Устройство силовой электроники eIQ Energy позволяет модулям работать независимо, увеличивая при этом выходную мощность.
Учить больше
История успеха EERE — Гаджет инспектора: новое устройство может обнаруживать дефекты в фотоэлектрических модулях
Сканер Startup Tau Science выявляет признаки повреждения модуля и обеспечивает безопасность ремонтных бригад.
Учить больше
История успеха EERE — X отмечает успех: проектирование солнечных станций становится высокотехнологичным
Учить больше
История успеха EERE — исследователи освещают износ солнечных панелей для увеличения срока службы
Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв используют электролюминесценцию и машинное обучение, чтобы выявить эволюцию деградации солнечных модулей.