Солнечная энергия – решение будущего. Солнечные электростанции. Солнечная электроэнергияДомашняя солнечная электростанция, отдающая энергию в сеть —Дата публикации: 2 декабря 2015 Первый дом в России, отдающий электроэнергию в сеть30 ноября 2015 года в сети была опубликована статья Сергея Рыжикова «Солнечная электростанция на западе России». С разрешения автора мы воспроизводим ее полностью на нашем сайте. Положительный опыт, приобретенный автором разработки солнечной электростанции для индивидуального дома, примечателен не только тем, что солнечные панели снабжают дом электричеством, но, в первую очередь тем, что автору удалось договориться с местными энергосетями о том, чтобы отдавать излишки электроэнергии в сеть. Впрочем, судите сами. Солнечная электростанция на западе России Сергей Рыжиков, 30 Ноября 2015 Сегодня исполняется год как я сделал солнечную электростанцию, научился обеспечивать себя электричеством и даже научился отдавать излишки в городскую электросеть, и официально крутить счетчик в обратную сторону :) Поговаривают, что я первый в стране частный дом, который делится излишками энергии с соседями. Однажды в FB под интересной статье Александра Чачавы про его опыт работы с Теслой я упомянул про солнечную электростанцию. Оказалось, что многим интересно и меня просили поделиться опытом. Делюсь :) Мне казалось, что писать особенно будет не о чем и статья получится короткой. Но получилась много букв, картинок и ссылок. Идея жить на солнечной энергииРешил я сделать у себя в доме солнечную электростанцию и научиться полностью обеспечивать себя электричеством. Плана сэкономить или заработать, как делают это немцы, я себе не ставил. Мне просто понравилась идея жить на солнечной энергии :) ну и проект показался мне интересным. Дом у меня находится в городе. Перебоев с электричеством не случается, ну или крайне редко. Необходимости в резервном генераторе нет. Но ведь интересно попробовать, может ли дом жить полностью автономно на солнечной энергии в нашей полосе. Начал собирать информацию. В тот момент, мне кажется, моя супруга еще не до конца поверила, что я это все серьезно затеваю :) Да и я еще не знал, что из этого может получиться толк. Первый поиск информации много ответов не дал. Живых проектов в России очень мало. Кто-то что-то делает, но только как дополнительные источники питания и на нескольких панелях. В основном солнечные электростанции создают компании или госструктуры, частных проектов очень мало в стране. Много проектов нашел в Украине. Но это сильно южнее и солнечнее. В поездках по Германии я много видел домов, на крышах которых стояли солнечные панели. Сестра моей жены, Юлия, замужем за немцем и живет в Берлине. Ее муж, Кристоф, предприниматель и занимается альтернативной энергетикой. У Кристофа я подробно узнал, как это все устроено в Германии. Немцы чаще всего делают солнечные электростанции для выгоды. Они просто зарабатывают на государстве, которое платит особый высокий тариф за выработку солнечного электричества. Даже кредитные линии в банках под такие проекты были. Но самый главный вывод я для себя сделал. На широте Калининграда можно обеспечивать себя солнечной энергией. Я начал подбирать оборудование. Выбор оборудованияДля реализации проекта в Калининграде я выбрал компанию АЭС-Центр http://aes-center.ru/ . Их сайт оказался на Битриксе. Я давно уже заметил, что это хороший индикатор адекватности руководства :) Кстати, совершенно не ошибся. Ребята оказались профессиональными и честными. А еще, когда курс евро полез в гору в конце прошлого года, они сами предложили фиксировать низкий курс для завершения проекта. Спасибо Фетисову Виктору, директору компании АЭС-Центр за терпение со мной :) Обычная схема подключения солнечной электростанции выглядит так: Пластина + инвертор = электричество. Но эта схема не обеспечивает полной автономии. В ночное время электричество потребляется из городской сети. В дневное время избыток электричества скидывается в городскую сеть. Нет аккумуляторов для бесперебойной работы только на солнечной энергии. Но в своем рассказе я еще вернусь к этой схеме, как к одной из самый выгодных и простых в реализации. Так как я хотел перевести дом полностью на солнечную энергию, к схеме добавились аккумуляторы и контроллер. В процессе проектирования обсуждалось много разных схем включения электростанции в домашнюю сеть. Некоторых из них мне показались совсем неудобными для урбанизированного человека. В общем, я выбирал вариант подключения, который был бы совершенно незаметен для семьи, чтобы они вообще не должны были задумываться, откуда в розетке электричество и есть ли сейчас солнце :) Солнечные батареи подключаются к Инвертору, который из постоянного напряжения делает переменные 220В. Инвертор подключается к Контроллеру. Контроллер выполняет ключевую распределительную роль. К нему подключается Инвертор от Солнечных батарей, к нему подключаются аккумуляторные батареи и к нему подключается городской электрический кабель. И именно Контроллер выдает в дом 220В для использования. В общем, все запчасти подключаем к Контроллеру и пусть уже он думает, где брать электричество. Логика работы такая. Если есть достаточное солнце, Контроллер использует солнце, если солнца нет или недостаточно, он добирает электричество из аккумуляторов, если они пусты, подключает городской источник электричества. Если солнца больше чем нужно дому, Контроллер направляет электричество на зарядку аккумуляторов. Если они заряжены, он направляет излишки электричества в город. В город? Ладно, этот вопрос я на тогда отложил. Фетисов сказал мне, что «Это нереально подключиться к городу, так что будем выкидывать излишки, не парься». Так получилась схема подключения. Следующим шагом нужно было определиться с мощностью солнечной электростанции и числом солнечных батареи. Сколько брать пластин? Дом в среднем потребляет 8-10 кВт*час в день. Вычислено делением счета за несколько месяцев на 30 :) не очень точный метод, но достаточно, чтобы прикинуть, что солнечная батарея должна бы выдать столько энергии за светлое время суток. Фетисов предложил мне ограничиться 10 пластинами из расчета, что мы будем выдавать 2.5 кВт*час в солнечный день и заряжаться 4-5 часов. Но тут я засомневался. Очевидно, что выработка солнечной энергии напрямую зависит от погоды, от угла наклона пластин к солнцу и он КПД самих батарей. Поворачивать пластины я не смогу, а просто прикреплю их к крыше на южном склоне. Солнце в течение года тоже гуляет по высоте и наклону, погода частенько пасмурная… В общем, я ничего не придумал лучше, как увеличил число пластин до 20 с запасом в два раза от расчетного. И это было правильное решение, как показал потом опыт. Итак, я выбрал 20 пластин. Разместить получилось 8 на южный склон, 2 на юго-восток и 10 на восточный склон. Можно было на западный, но я выбрал восток — решил, что утром больше солнца и если аккумуляторы разряжены за ночь, то зарядка начнется быстрее. Потом начал выбирать производителя солнечных батарей. Солнечные батареи бывают двух типов: монокристаллы и поликристаллы. Они так же отличаются качеством произодства. Лучший Grade A. Монокристаллы получше работают в пасмурную погоду. Лидером на рынке является китайская компания Yingli. Они производят больше всего пластин в мире. Я честно пытался найти российские пластины. Я же видел, что на космических станциях стоят наши :) Делает НПО Квант Москва. Но сайт их на тот момент был ужасным, информацию я получить не смог, найти поставщиков тоже не смог. Так же я отверг все польские и немецкие варианты. По факту они оказались из китайского кремния или недостаточно эффективными. А кроме кремния в пластинах ничего умного нет. После изучения кучи обзоров я выбрал Yingli YL270C-30b монокристалы Grade A с КПД 17.2% Увеличение числа пластин привело к увеличению инвертора :) странно, да. С инвертором я долго не выбирал. По совету Кристофа и Фетисова я выбрал лидира немецкого рынка компанию SMA и устройство Sunny Boy 5000TL. Следующий шаг — Контроллер. Штука большая и сложная. По сути все программирование логики работы дома на солнце находится в ней. С фирмой я уже определился, это компания SMA. Первый вариант, который мне предложили, был модель SUNNY ISLAND 6.0H. 6.0 – это пиковая нагрузка кВт, которую устройство может держать минут 30, кажется. А нормальная нагрузка для нее порядка 4 кВт. Как понять, достаточно этого для дома или нет? Я принялся считать пиковое потребление в доме. Весь дом я давно перевел на диодные ламы. Т.е. освещение берет очень мало, Если вообще все все включить в доме, то максимум 500 Вт будет. Далее большие потребители: электический чайник 2 кВт, электроплита 2Квт, стиралка, Сушилка по киловату. Я хотел, чтобы семья не задумывалась о потреблении и жила как на городоском электичестве. Как я не крутил, получалось, что утром мы можем поставить новую стиралку, ночную закинуть в сушилку, делать завтрак и кипятить воду для кофе. Это не очень частый сценарий, но вполне возможный. :) Будет не очень хорошо, если дом отключится в этот момент аварийно. Я опять подстраховался и взял модель SUNNY ISLAND 8.0H на 8 кВт в пике и 6 в рабочем режиме. Пока дом ни разу не выключился аварийно из-за пикового потребления. Аккумуляторы. С ними была еще так головоломка. Опять несколько обзоров, графики живучести и списки производителей. Помогли мои консультанты. Я выбрал гелевые аккумуляторы фирмы MHB модель MNG200-12. Мое потребление 8-10 кВт*час в день. Я решил взять аккумуляторы из расчета на два дня без выработки солнца. Признаться, я тогда упустил один очень важный показатель. Долговечность аккумулятора напрямую зависит от глубины разрядки. Т.е. если разряжать его не более чем на 30%, то проживут они 1800 циклов, это примерно на 5 лет. Но если разряжать на 100%, то проживут они всего 350 циклов, считай год. Год это совсем немного. Подключил восемь аккумуляторов и они накапливают примерно 20 кВт*час. Уже после запуска всего проекта у меня перегорал предохранитель перед домом и мы узнали об этом только через два дня. Так что расчет на автономное питание на два дня оправдался. А вот накопление при 30% зарядке обеспечивает всего 5-6Квт/час, что явно окажется потом недостаточным для эффективной работы в полностью автономном режиме. Нужно отметить, что вообще проблема накопления солнечной энергии является сегодня самой сложной и дорогой в решении. Многие услышали про проект Элона Маска с аккумуляторами. Если его аккумуляторы реально будут жить 10 лет при 100% перезарядке, это будет прекрасно. Мне бы хватило трех таких. Но я пока не нашел никакой информации про число циклов. В августе схема подключения была готова и оборудование выбрано. К сборке станции АЕС-Центр приступили в октябре. Приехали ребята с альпинистским оборудованием, забрались на крышу и начали монтаж. Собирали и монтировали почти месяц. Внутри дома я выделил место на чердаке. Там установили Контроллер, Инвертор, шкаф для аккумуляторов (противопожарный). Я запросил поставить автоматическую систему пожаротушения и систему принудительной вентиляции с датчиком. Так же у меня есть рубильник, которым я могу одним махом переключить весь дом на городскую линию и полностью обесточить солнечную электростанцию. Подстраховался :) Когда все было смонтировано, в один день мы переключили рубильник, и дом отключился от городской электросети и подключился к солнечной электрической станции! Первый опытИтак. Большую часть года я обеспечиваю себя солнечной энергией с большим запасом.Вот май 2015 года. За месяц я выработал 745 кВт*час, потребил 300 кВт*час. Больше 0.5 Мегавата в плюс. Вы видите, что в солнечный день станция выдает примерно 30-35 кВт*час, а потребляю я не больше 10 кВт*час. Т.е. летом я вырабатываю 300% необходимой мне энергии.Вот так выглядит график солнечного дня 6 июня 2015 года. Станция начинает давать энергию уже 7 утра. Пиковая выработка 4+ кВт*час и до 19 часов вечера работает генерация. Я пишу эту статью 29 ноября. Сегодня был пасмурный день, низкие облака. Выработка составила всего 4 кВт*час примерно 50% от необходимой мне энергии. А вот весь ноябрь этого года. Я смог себя обеспечить себя солнечной энергией всего на 40% Весь год выглядит вот так. В августе ошибка в данных. У меня барахлил интернет пока мы были в отпуске и данные не засчитались. Но выработка была лучше июля. Как вы видите, я обеспечиваю себя на 100% во все месяцы кроме 4 месяцев с ноября февраль. В эти месяцы обеспечение составляет 30-70%. Подключение к городской электросетиВ течении дня основная выработка солнечной энергии приходится на середину дня. А основное потребление на утро и вечер. В течение года максимум генерации приходится на лето, а зимой генерация минимальная. Накапливать солнечную энергию сложно и дорого. Даже в течение дня излишек энергии некуда накапливать. Не говорю уже о том, чтобы накопить на зиму. Первоначально мы запрограммировали Контроллер таким образом, чтобы он для дома брал энергию или от солнца или от аккумуляторов при разрядке не больше 40%. В зимний период такой режим работы оказался крайне неэффективным. Да и в летний период такой режим использования аккумуляторов оказался не самым оптимальным. Я терял электроэнергию днем, гонял батареи лишними циклами. И в этот момент я как-то физически осознал, на сколько это большая проблема с накоплением энергии. Но пока эта проблема не решена, я решил, что нужно попробовать подключиться к городской сети и научиться крутить счетчик в обе стороны. Подключение к городской сети позволяет использовать город как неограниченный аккумулятор. Любой излишек скидывать в него в любое время и при необходимости забирать обратно. Я написал в FB просьбу познакомить меня с кем-то из Электросвязи. И о чудо, мне дали контакты одного из директоров Янтарьэнерго Михайлова Леонида Александровича. И я пошел к нему с просьбой подключить мою солнечную Электростанцию к городской электросети и разрешить крутить счетчик в обратном направлении, когда я отдаю энергию городу. Михайлов Леонид Александрович, директор филиала “Янтарьэнерго”- прекрасный человек и профессионал. Внимательно выслушал меня, удивился всему проекту, понял с чем я пришел. И он захотел мне помогать! Причем сразу объяснил, что будет сложно, структура большая, задача новая, но стоит попробовать. Я написал заявление на подключение и стал ждать. Леонид Александрович неоднократно звонил мне, объяснял где сейчас находится вопрос. Вообще, такого внимательного отношения не встретишь со стороны коммерческих структур, а для большой госкорпорации это вообще удивительно. Когда дело дошло до Энергосбыта, я познакомился еще с одним прекрасным человеком, Алексеем Капыловым. Он тоже приложил все усилия, чтобы подключить меня к городской сети. Всего пять месяцев ушло на выработку тех. условий по подключению. И вот в августе на пороге моего дома появилась целая бригада Янтарьэнерго. Они сняли старый счетчик и подключили новый, сертифицированный крутиться в обе стороны. Как выяснилось, переток в городскую сеть выполняется очень просто. В городской сети напряжение 220 В. Мой Контроллер излишки энергии отдает в сеть с напряжением больше 220В (237 В кажется) и электрончики перетекают из моей сети в городскую, как вода в сообщающихся сосудах. Оказалось, что не нужно менять оборудование на подстанциях или вообще в городской сети. (город может принимать энергию!) Просто поставили новый счетчик и размыкатель (защита на случай авариных отключений). Представьте себе сцену. Восемь мужиков громко радуются и шумят перед домом, когда после подключения к городу счетчик закрутился в обратную сторону :) Мне сказали, что у меня первый дом в России, который официально скидывает электроэнергию в городские сети. Странно, конечно, если это так. Но и радостно, если это так. Надеюсь, что мои тех. условия пригодятся и позволят других подключать значительно проще. Пока нет еще утвержденных тарифов на покупку энергии у таких как я. А так как это все монополии, то утверждать тарифы сложно. Но я и не жду, что мне кто-то заплатит. Самое главное для меня случилось. Счетчик крутится в обе стороны и город стал моим вторым аккумулятором. Еще раз хочу сказать спасибо Михайлову Леониду Александровичу. Прямо вот очень круто, что вы есть. :) Из текущих проблем с подключеним к городской сети пока остался только курьезный момент :) Я не могу занести в учетную системы энергосбыта актуальные значение счетчика. В акте на подключение в конце августа у меня было указано число 14011. Через пару месяцев уже было 13350, что говорит о том, что я генерировал энергии больше, чем потреблял. Но учетный софт не понимает уменьшение :) и мне приходится вводить пока первоначальное значение счетчика, чтобы получать нулевые счета за электричество. Ну и счета еще не приходят с нулем, какая-то автоматика выставляет про запас. Тут есть еще над чем работать. Оптимальная конфигурацияВозможность подключения к городской сети принципиально меняет стратегию проектирования солнечной электростанции. После подключения к городской сети мы перепрограммировали Контроллер. Теперь я не использую аккумуляторы для накопления солнечной энергии. Избыток солнца сразу скидывается в городскую сеть. Когда солнца не хватает, энергия берется из городской сети. Аккумуляторы используются только на случай аварийных отключений электроэнергии. В таком режим ожидания они спокойно проработают 20 лет и не потребуют замены. Оптимальная конфигурация при наличии технических условий подключения к городской сети будет включать в себя всего два компонента: солнечные панели и инвертор. Всего этого по идее достаточно, чтобы сделать солнечную электростанцию и жить на солнечной энергии. Инвертор сам умеет устраивать переток в городскую сеть. Стоимость всего проекта получится на 50-60% дешевле. Соответственно окупаемость проекта значительно ускорится. У такого подключения будет только один недостаток, он не будет обеспечивать дом бесперебойным и резервным энергоснабжением. Но в городской сети это не так важно, возможно. Экономическая рентабельностьМеня неоднократно спрашивали, окупится ли когда-то мой проект или нет. Я думаю, что именно мой проект полностью не окупится никогда :) Он сделан не для экономии. Ну и я местами сильно перезаложился от нехватки опыта. Хотя, по старому курсу покупки и в условиях подключения к городу, у него есть шанс окупиться за 10 лет. Солнечные батареи рассчитаны на десятилетия. Потеря эффективности с возрастом незначительная. Надо только не забывать их протирать :) я делаю это раз в год. На все оборудование гарантия так же лет десять. Аккумуляторы я научился экономно использовать благодаря подключению к городу. Я уверен, что можно сделать экономически рентабельное подключение, особенно если скидывать энергию в город. Панели и инвертор, вот и все что нужно. 5-7 лет будет вполне достижимый цикл окупаемости. Возможно в будущем появятся более эффективные солнечные пластины или более надежные аккумуляторы. Я так же уверен, что появятся готовые наборы для перевода дома на солнечную энергетику и можно будет осуществить такой проект и значительно дешевле и значительно быстрее. В завершениеУ меня теперь есть новая привычка. В командировках я открываю мобильное приложение, чтобы узнать был ли солнечным день в Калининграде или нет. И по выработке солнечной энергии и графику я уже представляю, было ли небо безоблачным, с редкими облаками или шел дождь. :) В момент публикации этой статьи на улице солнечно и дом работает в плюс на 1.8 кВт. Минус, в данном случае означает плюс :) Спасибо моей любимой жене за терпение :) я испытывал его неоднократно. Особенно круто было зимой после подключения, я был в командировке, перегорел предохранитель на улице и дом, проработав два дня на аккумуляторах, выключился в 2 часа ночи при -20 градусах мороза. Мне нравится, что мой дом работает на солнце и я больше отдаю энергии, чем потребляю. Возможно, это вообще главный принцип, которым нужно руководствоваться по жизни. Если вам понравилась статья, создайте свой Битрикс24 :) не зря же она опубликована на этом замечательном сайте. Примечание: Комментарии к статье вы можете просмотреть по ссылке на оригинал, указанной в начале публикации. Ну и здесь можете комментировать тоже. altenergiya.ru Солнечная энергия – решение будущего. Солнечные электростанции.
Солнечная энергетика один из источников получения электроэнергии не традиционным способом, поэтому относится к альтернативным источникам энергии. Солнечная энергетика использует солнечное излучение и преобразовывает его в электричество или в другие виды энергии. Солнечная энергия является не только экологически чистым источником энергии, т.к. при преобразовании солнечной энергии не выделяется вредных побочных продуктов, но еще энергия солнца самовосстанавливающийся источник альтернативной энергии. Теоретически рассчитать, сколько можно получить энергии от потока солнечной энергии несложно, давно известно, что пройдя расстояние от Солнца до Земли и падая на поверхность площадью 1 м² под углом 90°, солнечный поток на входе в атмосферу несет в себе энергетический заряд равный 1367 Вт/м², это так называемая солнечная постоянная. Это идеальный вариант при идеальных условиях, которых как мы знаем добиться практически не возможно. Таким образом после прохождения атмосферы максимальный поток который можно получить будет на экваторе и будет составлять 1020 Вт/м², но среднесуточное значение которое мы сможем получить будет в 3 раза меньше из-за смены дня и ночи и изменения угла падения солнечного потока. А в умеренных широтах к смене дня и ночи прибавляется еще и смена времен года, а с ним и изменение длительности светового дня, поэтому в умеренных широтах количество получаемой энергии сократится еще в 2 раза.
Как мы все знаем, в последние несколько лет развитие солнечной энергетики с каждым годом все больше набирает темпы, но давайте попробуем проследить динамику развития. В далеком 1985 году мировые мощности, использующие солнечную энергию, составляли всего лишь 0,021 ГВт. В 2005 году они уже составляли 1,656 ГВт. 2005 год считают переломным в развитии солнечной энергетике, именно с этого года люди началось активно интересоваться исследованиями и развитием электросистем работающих на солнечной энергии. Далее динамика не оставляет сомнений (2008г-15,5 ГВт, 2009-22,8 ГВт, 2010-40 ГВт, 2011-70 ГВт, 2012-108 ГВт, 2013-150 ГВт, 2014-203 ГВт). Пальму первенства в использовании солнечной энергии держат страны Евросоюза и США, в производственной и эксплуатационной сфере только в США и Германии заняты больше 100 тыс. людей в каждой. Также своими достижениями в освоении солнечной энергии могут похвастаться Италия, Испания и, конечно же, Китай, который если и не является лидером в эксплуатации солнечных элементов то, как производитель фотоэлементов из года в год наращивает темпы производства. Достоинства: 1) экологичность-не загрязняет окружающую среду; 2) доступность-фотоэлементы доступны в продаже не только для промышленного использования, но и для создания частных мини солнечных электростанций; 3) неисчерпаемость и само восстанавливаемость источника энергии; 4) постоянно снижающаяся себестоимость производства электроэнергии.Недостатки: 1) влияние на производительность погодных условий и времени суток; 2) для сохранения энергии необходимо аккумулировать энергию; 3) меньшая производительность в умеренных широтах из-за смены времен года; 4)значительный нагрев воздуха над солнечной электростанцией; 5) потребность периодически очищать поверхность фотоэлементов от загрязнения, а это проблематично из за огромных площадей, занимаемых под установку фотоэлементов; 6) также можно сказать об относительно высокой стоимости оборудования, хоть с каждым годом себестоимость снижается, пока говорить о дешевой солнечной энергии не приходится. На сегодняшний день развитию солнечной энергетики пророчат большое будущее, с каждым годом все больше строятся новые солнечные электростанции, которые поражают своими масштабами и техническими решениями. Также не прекращаются научные исследования, направленные на увеличение КПД фотоэлементов. Ученые посчитали, что если покрыть сушу планеты Земля на 0,07%, с КПД фотоэлементов в 10%, то энергии хватит более чем на 100% обеспечения всех потребностей человечества. На сегодняшний день уже используются фотоэлементы с КПД в 30%. По исследовательским данным известно, что амбиции ученых обещают довести его до 85%. Солнечные электростанции это сооружения задачей, которых является преобразовывать потоки солнечной энергии в электрическую энергию. Размеры солнечных электростанций могут быть различными, начиная от частных мини электростанций с несколькими солнечными панелями и заканчивая огромными, занимающими площади свыше 10 км². Со времени постройки первых солнечных электростанций прошло довольно много времени, за которое было осуществлено множество проектов и применено немало интересных конструкционных решений. Принято делить все солнечные электростанции на несколько типов:1. Солнечные электростанции башенного типа.2. Солнечные электростанции, где солнечные батарей представляют собой фотоэлементы.3. Тарельчатые солнечные электростанции.4. Параболические солнечные электростанции.5. Солнечные электростанции солнечно-вакуумного типа.6. Солнечные электростанции смешанного типа. Очень распространенный тип конструкции электростанции. Представляет собой высокую башенную конструкцию на вершине, которой расположен резервуар, с водой выкрашенный в черный цвет для лучшего притягивания отраженного солнечного света. Вокруг башни по кругу расположены большие зеркала площадью свыше 2 м², они все подключены к единой системе управления, которая следит за изменением угла наклона зеркал, что бы они всегда отражали солнечный свет и направляли его прямиком на резервуар с водой расположенный на верхушке башни. Таким образом, отраженный солнечный свет нагревает воду, которая образует пар, а затем этот пар с помощью насосов подается на турбогенератор где и происходит выработка электроэнергии. Температура нагрева бака может достигать 700 °C. Высота башни зависит от размеров и мощности солнечной электростанции и, как правило, начинается от 15 м, а высота самой большой на сегодняшний день составляет 140 м. Такой тип солнечных электростанций очень распространен и предпочитается многими странами за свой высокий КПД в 20%.
Используют для преобразования солнечного потока в электричество фотоэлементы (солнечные батареи). Данный тип электростанций стал очень популярным благодаря возможности использования солнечных батарей небольшими блоками, что позволяет применять солнечные батареи для обеспечения электричеством, как частных домов, так и крупных промышленных объектов. Тем более что КПД с каждым годом растет и на сегодняшний день уже существуют фотоэлементы с КПД 30%.
Данный тип солнечной электростанции имеет вид огромных спутниковых антенн, внутренняя сторона которых покрыта зеркальными пластинами. Принцип, по которому происходит преобразование энергии, похож с башенными станциями с небольшим отличием, параболическая форма зеркал обусловливает, что солнечные лучи, отражаясь от всей поверхности зеркала, концентрируются в центре, где расположен приемник с жидкостью, которая нагревается, образуя пар, который в свою очередь и является движущей силой для небольших генераторов.
Принцип работы и способ получения электроэнергии идентичен солнечным электростанциям башенного и параболического типа. Отличие составляет лишь конструктивные особенности. На стационарной конструкции немного похожей на гигантское металлическое дерево, на котором развешены круглые плоские зеркала, которые концентрируют солнечную энергию на приемнике.
Это очень необычный способ использования энергии солнца и разности температур. Конструкция электростанции состоит из покрытого стеклянной крышей участка земли круглой формы с башней в центре. Башня внутри полая, в ее основании расположены несколько турбин, которые вращаются благодаря возникающему из-за разности температур потоку воздуха. Через стеклянную крышу солнце нагревает землю и воздух внутри помещения, а с внешней средой здание сообщается трубой и так как вне помещения температура воздух значительно ниже, то создается воздушная тяга, которая увеличивается с ростом разницы температур. Таким образом, ночью турбины вырабатывают электроэнергии больше чем днем.
Это когда на солнечных электростанциях определенного типа в качестве вспомогательных элементов используют, например солнечные коллекторы для обеспечения объектов горячей водой и теплом или возможно использование одновременно на электростанции башенного типа участков фотоэлементов. Солнечная энергетика развивается высокими темпами, люди, наконец, то всерьез задумались об альтернативных источниках энергии, что бы предупредить неизбежно надвигающийся энергетический кризис и экологическую катастрофу. Хоть лидерами в солнечной энергетике по-прежнему остаются США и Евросоюз, но все остальные мировые державы постепенно начинают перенимать и использовать опыт и технологии производства и использования солнечных электростанций. Можно не сомневаться, что рано или поздно солнечная энергия станет основным источником энергии на Земле. 1sovetnik.net Солнечная электроэнергия | Применения солнечной энергии
Солнечные системы для получения электроэнергииКонцентрация солнечной энергии позволяет получать температуры (T≥700°С), достаточно высокие для работы теплового двигателя с приемлемым коэффициентом полезного действия. Изготовление параболических концентраторов с диаметром, превышающим 30 м, довольно сложно, тем не менее мощность одного такого устройства составляет π (15 м)2 (1 кВт×м-2) =700 кВт, что позволяет получить до 200 кВт электроэнергии. Этого достаточно для небольших энергосистем, но не для стационарных коммунальных сетей. Так каким же образом можно построить солнечную электростанцию достаточно большую для того, чтобы получать, скажем, 10 МВт электроэнергии? Для этого существуют два варианта: рассредоточенные коллекторы и системы с центральной солнечной башней. Рис. 6.11. Схема получения электроэнергии от системы распределенных коллекторов: 1 - электроэнергия, 2 - трубы под землей, по которым протекает аммиак или пар, 3 - солнечные лучи Рассредоточенные коллекторы. На рис. 6.11 показана система, состоящая из множества небольших концентрирующих коллекторов, каждый из которых независимо следит за Солнцем. Концентраторы не обязательно должны иметь форму параболоидов, но обычно это предпочтительнее. Каждый коллектор передает солнечную энергию жидкости - теплоносителю, горячая жидкость от всех коллекторов собирается в центральной энергостанции, Теплонесущая жидкость может быть водяным паром, если она будет прямо использована в паровой турбине, или какой-либо термохимической средой - такой, как, например, диссоциированный аммиак. Схема устройства, основанного на диссоциации и синтезе аммиака, показана на рис. 6.12. Рис. 6.12. Диссоциация и синтез аммиака как накопителя солнечной энергии: 1 - зеркало, 2 - приемник, 3 - теплообменник; 4 - тепловой двигатель; 5 - камера синтеза; 6 - сепаратор; 7 - к другим зеркалам Преимуществом последней системы является то, что в случае использования химического реагента отсутствуют потери между коллектором и тепловым двигателем, так что тепло может передаваться на большие расстояния или в течение длительного времени (например, с вечера в течение всей ночи, что позволяет осуществить непрерывную генерацию электроэнергии). В этой системе солнечные лучи фокусируются на приемнике, в котором газообразный аммиак при высоком давлении (около 30 МПа) диссоциирует на водород и азот. Эта реакция - эндотермическая, дефект энергии составляет ΔH= - 46 кДж/моль Nh4; солнечное излучение снабжает систему энергией, необходимой для протекания этой реакции. В присутствии катализатора в камере синтеза N2 и Н2 частично рекомбинируют, выделяемое при этом тепло можно использовать для подключения внешнего теплового двигателя или другого устройства. Выходящий из камеры синтеза поток охлаждается, что приводит к сжижению аммиака. Солнечные башниАльтернативный вариант состоит в использовании расположенных на большой площади следящих за Солнцем плоских зеркал, отражающих солнечные лучи на центральный приемник, помещенный на вершине башни. Похожие материалыwww.metalcutting.ru Солнечная энергия – решение будущего. Солнечные электростанции.
Солнечная энергетика один из источников получения электроэнергии не традиционным способом, поэтому относится к альтернативным источникам энергии. Солнечная энергетика использует солнечное излучение и преобразовывает его в электричество или в другие виды энергии. Солнечная энергия является не только экологически чистым источником энергии, т.к. при преобразовании солнечной энергии не выделяется вредных побочных продуктов, но еще энергия солнца самовосстанавливающийся источник альтернативной энергии. Теоретически рассчитать, сколько можно получить энергии от потока солнечной энергии несложно, давно известно, что пройдя расстояние от Солнца до Земли и падая на поверхность площадью 1 м² под углом 90°, солнечный поток на входе в атмосферу несет в себе энергетический заряд равный 1367 Вт/м², это так называемая солнечная постоянная. Это идеальный вариант при идеальных условиях, которых как мы знаем добиться практически не возможно. Таким образом после прохождения атмосферы максимальный поток который можно получить будет на экваторе и будет составлять 1020 Вт/м², но среднесуточное значение которое мы сможем получить будет в 3 раза меньше из-за смены дня и ночи и изменения угла падения солнечного потока. А в умеренных широтах к смене дня и ночи прибавляется еще и смена времен года, а с ним и изменение длительности светового дня, поэтому в умеренных широтах количество получаемой энергии сократится еще в 2 раза.
Как мы все знаем, в последние несколько лет развитие солнечной энергетики с каждым годом все больше набирает темпы, но давайте попробуем проследить динамику развития. В далеком 1985 году мировые мощности, использующие солнечную энергию, составляли всего лишь 0,021 ГВт. В 2005 году они уже составляли 1,656 ГВт. 2005 год считают переломным в развитии солнечной энергетике, именно с этого года люди началось активно интересоваться исследованиями и развитием электросистем работающих на солнечной энергии. Далее динамика не оставляет сомнений (2008г-15,5 ГВт, 2009-22,8 ГВт, 2010-40 ГВт, 2011-70 ГВт, 2012-108 ГВт, 2013-150 ГВт, 2014-203 ГВт). Пальму первенства в использовании солнечной энергии держат страны Евросоюза и США, в производственной и эксплуатационной сфере только в США и Германии заняты больше 100 тыс. людей в каждой. Также своими достижениями в освоении солнечной энергии могут похвастаться Италия, Испания и, конечно же, Китай, который если и не является лидером в эксплуатации солнечных элементов то, как производитель фотоэлементов из года в год наращивает темпы производства. Достоинства: 1) экологичность-не загрязняет окружающую среду; 2) доступность-фотоэлементы доступны в продаже не только для промышленного использования, но и для создания частных мини солнечных электростанций; 3) неисчерпаемость и само восстанавливаемость источника энергии; 4) постоянно снижающаяся себестоимость производства электроэнергии.Недостатки: 1) влияние на производительность погодных условий и времени суток; 2) для сохранения энергии необходимо аккумулировать энергию; 3) меньшая производительность в умеренных широтах из-за смены времен года; 4)значительный нагрев воздуха над солнечной электростанцией; 5) потребность периодически очищать поверхность фотоэлементов от загрязнения, а это проблематично из за огромных площадей, занимаемых под установку фотоэлементов; 6) также можно сказать об относительно высокой стоимости оборудования, хоть с каждым годом себестоимость снижается, пока говорить о дешевой солнечной энергии не приходится. На сегодняшний день развитию солнечной энергетики пророчат большое будущее, с каждым годом все больше строятся новые солнечные электростанции, которые поражают своими масштабами и техническими решениями. Также не прекращаются научные исследования, направленные на увеличение КПД фотоэлементов. Ученые посчитали, что если покрыть сушу планеты Земля на 0,07%, с КПД фотоэлементов в 10%, то энергии хватит более чем на 100% обеспечения всех потребностей человечества. На сегодняшний день уже используются фотоэлементы с КПД в 30%. По исследовательским данным известно, что амбиции ученых обещают довести его до 85%. Солнечные электростанции это сооружения задачей, которых является преобразовывать потоки солнечной энергии в электрическую энергию. Размеры солнечных электростанций могут быть различными, начиная от частных мини электростанций с несколькими солнечными панелями и заканчивая огромными, занимающими площади свыше 10 км². Со времени постройки первых солнечных электростанций прошло довольно много времени, за которое было осуществлено множество проектов и применено немало интересных конструкционных решений. Принято делить все солнечные электростанции на несколько типов:1. Солнечные электростанции башенного типа.2. Солнечные электростанции, где солнечные батарей представляют собой фотоэлементы.3. Тарельчатые солнечные электростанции.4. Параболические солнечные электростанции.5. Солнечные электростанции солнечно-вакуумного типа.6. Солнечные электростанции смешанного типа. Очень распространенный тип конструкции электростанции. Представляет собой высокую башенную конструкцию на вершине, которой расположен резервуар, с водой выкрашенный в черный цвет для лучшего притягивания отраженного солнечного света. Вокруг башни по кругу расположены большие зеркала площадью свыше 2 м², они все подключены к единой системе управления, которая следит за изменением угла наклона зеркал, что бы они всегда отражали солнечный свет и направляли его прямиком на резервуар с водой расположенный на верхушке башни. Таким образом, отраженный солнечный свет нагревает воду, которая образует пар, а затем этот пар с помощью насосов подается на турбогенератор где и происходит выработка электроэнергии. Температура нагрева бака может достигать 700 °C. Высота башни зависит от размеров и мощности солнечной электростанции и, как правило, начинается от 15 м, а высота самой большой на сегодняшний день составляет 140 м. Такой тип солнечных электростанций очень распространен и предпочитается многими странами за свой высокий КПД в 20%.
Используют для преобразования солнечного потока в электричество фотоэлементы (солнечные батареи). Данный тип электростанций стал очень популярным благодаря возможности использования солнечных батарей небольшими блоками, что позволяет применять солнечные батареи для обеспечения электричеством, как частных домов, так и крупных промышленных объектов. Тем более что КПД с каждым годом растет и на сегодняшний день уже существуют фотоэлементы с КПД 30%.
Данный тип солнечной электростанции имеет вид огромных спутниковых антенн, внутренняя сторона которых покрыта зеркальными пластинами. Принцип, по которому происходит преобразование энергии, похож с башенными станциями с небольшим отличием, параболическая форма зеркал обусловливает, что солнечные лучи, отражаясь от всей поверхности зеркала, концентрируются в центре, где расположен приемник с жидкостью, которая нагревается, образуя пар, который в свою очередь и является движущей силой для небольших генераторов.
Принцип работы и способ получения электроэнергии идентичен солнечным электростанциям башенного и параболического типа. Отличие составляет лишь конструктивные особенности. На стационарной конструкции немного похожей на гигантское металлическое дерево, на котором развешены круглые плоские зеркала, которые концентрируют солнечную энергию на приемнике.
Это очень необычный способ использования энергии солнца и разности температур. Конструкция электростанции состоит из покрытого стеклянной крышей участка земли круглой формы с башней в центре. Башня внутри полая, в ее основании расположены несколько турбин, которые вращаются благодаря возникающему из-за разности температур потоку воздуха. Через стеклянную крышу солнце нагревает землю и воздух внутри помещения, а с внешней средой здание сообщается трубой и так как вне помещения температура воздух значительно ниже, то создается воздушная тяга, которая увеличивается с ростом разницы температур. Таким образом, ночью турбины вырабатывают электроэнергии больше чем днем.
Это когда на солнечных электростанциях определенного типа в качестве вспомогательных элементов используют, например солнечные коллекторы для обеспечения объектов горячей водой и теплом или возможно использование одновременно на электростанции башенного типа участков фотоэлементов. Солнечная энергетика развивается высокими темпами, люди, наконец, то всерьез задумались об альтернативных источниках энергии, что бы предупредить неизбежно надвигающийся энергетический кризис и экологическую катастрофу. Хоть лидерами в солнечной энергетике по-прежнему остаются США и Евросоюз, но все остальные мировые державы постепенно начинают перенимать и использовать опыт и технологии производства и использования солнечных электростанций. Можно не сомневаться, что рано или поздно солнечная энергия станет основным источником энергии на Земле. 1sovetnik.net Производство энергии – Солнечная электростанция20 11 2016 greenman Пока нет комментариев
Солнечное излучение является первопричиной ветров, течения рек, волнения океана. А это значит, что ветряные, волновые и гидроэлектростанции в основе своей питаются от Солнца. То, что использовать повсеместно доступную энергию Солнца необходимо – ясно всем. Поэтому обширен и арсенал всевозможных способов преобразования солнечной энергии. В основном солнечное излучение преобразуют в электроэнергию – основной вид энергии, потребляемый промышленностью и населением. Кроме того, солнечную энергию используют для нагрева воды в странах с жарким климатом. Все способы преобразования световой энергии в электроэнергию можно разделить на непосредственное преобразование и преобразование с использованием теплоносителя. В первом случае свет непосредственно преобразуется в электрический ток в полупроводниковых солнечных батареях. Во втором случае поток солнечного излучения обычно собирают концентраторами на небольшом объеме теплоносителя, который затем совершает полезную работу – вращает турбину, толкает поршень, и т.п. Обсуждаются и варианты космических электростанций, передающих на Землю энергию Солнца. Однако на сегодняшний день предложения подобного рода выглядят странно. При наличии на поверхности планеты огромных площадей пустынь, где весьма выгодно ставить солнечные электростанции, кажется неадекватным выводить те же установки в космос только из-за того, что там излучение не ослаблено атмосферой Земли. Но в космосе панели и не защищены – ни от микрометеоритов, ни от космической пыли, которые быстро приведут мегапроект к состоянию космического мусора. Поэтому вернемся к попыткам использования солнечной энергии, собираемой у поверхности Земли для наших нужд. Пример 1. Солнечные панелиСолнечные полупроводниковые панели являются дорогостоящим продуктом из-за использования при их изготовлении чистого кремния. Перспективным видится концентрация солнечной энергии перед ее подачей на солнечную панель. Так, компания Sharp при помощи линз Френеля концентрирует свет на маленьких батареях 7х7 мм. При этом достигается усиление света в 700 раз. Поскольку в установке применены малые количества полупроводниковых батарей, то изменен и их химический состав. Теперь вместо обычных батарей с к.п.д. 13-20%, применены новые дорогостоящие материалы, имеющие к.п.д. 36%. Пример 2. Солнечные концентраторыСолнечные концентраторы также бывают различных видов. Солнечная электростанция-башня в Испании, к примеру, имеет мощность 11 мегаватт. Башня устроена так: множество зеркал-гелиостатов собирает и направляет свет на вершину башни. Так солнечное пятно разогревает пар, вращающий турбину, к валу которой прикреплен генератор. Кроме того, станция способна в течение нескольких часов после захода солнца вырабатывать электроэнергию за счет запасов пара в котлах. Больший запас тепла можно делать при использовании в качестве теплоносителя не воды, а соли. При нагреве до 565 градусов, соль плавится и может обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца. Существуют и проекты плавучих солнечных электростанций, работающих по принципу концентрации солнечного излучения на рядах трубок заполненных водой. Вода, нагретая до состояния пара направляется в турбины, которые вращают генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Подобная плавучая конструкция выгодна тем, что не требует постоянной согласованной работы гелиоконцентрирующих зеркал, ведь весь «остров» можно просто вращать вокруг своей оси целиком. Кроме того, подобная станция не требует выравнивания территории и установки фундамента. Также она не занимает места на суше, что пригодно для небольших островных государств, имеющих мало земли под застройку. Конструктивно солнечная электростанция представляется как тор большого диаметра – 5 километров, во внутреннюю полость которого закачивается воздух. Даже небольшое давление внутри этого «бублика» дает сооружению огромную плавучесть и грузоподъемность. С одного квадратного метра полезной площади такой станции можно получать до 6,5 Киловат/час электроэнергии в день. Расположение сооружения на воде удешевляет строительство в десятки раз по сравнению со строительством на суше, что не может влиять на итоговую стоимость электроэнергии для конечного потребителя. Финальным штрихом данного проекта явилась возможность использования вырабатываемого электричества на месте – для выработки водорода из воды. Такой подход может сделать плавучие электростанции по настоящему мобильными и не связанными с материком никакими проводами. На использовании воды в качестве теплоносителя основан и принцип работы солнечной станции, строящейся в Аризоне. Трубы, расположенные в фокусе больших параболических желобов, позволят разогревать воду до состояния пара с температурой 390 градусов. Полученный пар будет использоваться для выработки электроэнергии на паровых турбинах. Пример 3.Еще один любопытный проект солнечной электростанции в виде огромной пирамиды из полимера реализуется в Индии в городе Пуна. Под поверхностью пирамиды сосредоточено множество трубок и металлических поверхностей для поглощения солнечного излучения. Коэффициент поглощения поверхности пирамиды доходит до 90%. Попадая внутрь, солнечная энергия вызывает нагрев воздуха, который выходит через верх пирамиды. За счет разницы в давлении внизу пирамиды, где воздух холодный и вверху – где он нагрет – создается значительная тяга. Эту тягу и используют, чтобы вращать турбину, присоединенную к генератору. Любопытно, что внутрь пирамиды тепло от солнечных лучей попадает не напрямую, а в виде инфракрасного излучения от наружных стен. Это сделано для того, чтобы ночью, когда солнца нет, воздух продолжал нагреваться и выходить за счет больших объемов воды, нагретой за день в боковых стенах. Этим достигается одновременное получение горячей воды и стабилизация работы электростанции. Пример 4.Еще один любопытный проект преобразования солнечной энергии в электричество предложила американская компания Prism Solar Technologies. На первый взгляд это обычная солнечная батарея. Но на самом деле все здесь не так просто. В основу конструкции заложены принципы голографии, использование которых в солнечной энергетике волнует многие умы на протяжении последних тридцати лет. В основе новой панели – плоский солнечный концентратор. Он представляет собой голографическую пленку, закрепленную между листами стекла. Голограмма выполняет две функции. Во-первых, она фильтрует нежелательные частоты, приводящие к нагреву солнечной панели. Во-вторых, за счет многократного отражения между голограммой и наружным слоем стекла, излучение нужной частоты попадает на солнечные панели, расположенные полосами между голограммами. Подобная конструкция решает сразу две проблемы, позволяя сконцентрировать свет без перегрева преобразующей батареи. А именно это является минусом в конструкциях, использующих зеркала для концентрации солнечной энергии. И именно из-за перегрева панели в таких конструкциях приходится постоянно принудительно охлаждать, что повышает сложность и стоимость всей конструкции. Применение голографических пленок для концентрации света позволяет снизить количество солнечных панелей в 2-3 раза в сравнении со сплошными батареями. Кроме того, пленка выполнена в виде многослойного пирога, нанесенного таким образом, что вне зависимости от угла падения солнечного света, он всегда попадает на преобразователь. И это еще один плюс к простоте и дешевизне, ведь панели оказываются одинаково эффективны вне зависимости от угла наклона – их можно просто ставить во дворе, или крепить на крыше. Любопытна и цена этих батарей – после отладки промышленного производства она должна составить 1,5$ за 1 ватт. Пример 5.Весьма оригинальная идея предложена и исследователями из Idaho National Laboratory. Суть идеи заключается в том, чтобы улавливать и преобразовывать свет в электроэнергию посредством антенн очень малых размеров. Поскольку свет представляет собой электромагнитное излучение, он может быть уловлен антеннами так же, как и в привычных нам радиоприемниках. Только вот размеры антенн окажутся во много раз меньше. Поскольку новую антенну создали для приема инфракрасного излучения, то и размер каждой антенны оказался сопоставил с длиной волны ИК диапазона – 2-4 микрометра. Излучение, попадающее на микро спираль рождает в ней напряжение. Но таких спиралей на большой антенны – огромное множество и резонансные процессы между ними могут существенно влиять на работы. Поэтому исследователи смоделировали поведение антенн при различной их форме и конфигурации, получив возможность выбирать оптимальные параметры для различных антенн. В вопросе массового распространения таких солнечных электростанций есть и еще одна, пока не решенная проблема. Электрический ток в антеннах имеет очень высокую частоту — в прототипе она составила 10 Терагерц. Преобразовать ток такой высокой частоты в постоянный – очень сложно. Разработка имеет множество плюсов. Во-первых, это цена – ведь печать антенн может производиться на дешевой полиэтиленовой пленке. Во-вторых, к.п.д. пленки составит до 80%, при том, что на ИК диапазон приходится порядка 45% всего излучения. То есть днем к.п.д. составит около 35%. А, в третьих, пленка может давать ток … ночью. Ведь ИК излучение никуда не пропадает – излучают нагретые за день дома, дороги, и земля. Просто о сложном – Солнечная электростанция для производства электроэнергии
greensource.ru Солнечная энергетика ВикипедияКарта солнечного излученияСолнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемые источники 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. Земные условия[ | код]Карта солнечного излучения — ЕвропаПоток 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 и недостатки[ | код]
ru-wiki.ru Солнечная энергетика:сможет ли солнечная электроэнергия стать повсеместной? Содержание:
Человечество с каждым днем лучше и лучше понимает окружающий мир. Накапливаются знания о прохождении различных физических процессов. На основании данных ученых совершенствуются технологические цепочки, улучшаются инженерные решения. Есть области знаний, в которых каждый из заметных прорывов вызывает буквально ажиотаж и новости солнечной энергетики со всех ракурсов показывают возникшие выгоды, неустанно убеждают человечество в том, что скоро угольные и газовые станции перестанут отравлять воздух, наступит счастливое время единения с природой. Но так ли близки такие дифирамбы к правде? Немного теорииСначала рассмотрим, как можно использовать свет Солнца. Фактически, звезда передает энергию на Землю только одним пригодным к использованию способом. Солнце воздействует на поверхность планеты излучением в широком спектре частот. Узкий диапазон различим человеческим глазом, часть потока света губительна для живых организмов, другая эффективно используется для нагревания различных тел. Если рассматривать комплексное преобразование, можно получить электричество двумя способами:
Два приведенных способа стали общеупотребительными как для промышленных масштабов, когда солнечная энергетика обеспечивает теплом и электричеством дома людей и предприятия, так и в бытовой сфере с некоторыми особенностями использования.
Промышленная генерация: водогрейка на звездеСовременные ТЭС шутливо называют водогрейками. В основе их работы - принцип доведения пара до высоких температур, затем полученное рабочее тело под давлением поступает на лопасти турбины, а генератор вырабатывает электрический ток. Аналогично работают и АЭС, которые в шутку прозвали водогрейками на уране, поскольку их источник тепла - энергия расщепления атомных ядер. На том же принципе построены и станции, где генерируется солнечная электроэнергия. В них тепло светила передается рабочему телу. Работает все следующим образом:
В результате излучение Солнца, попадающее на практически всю площадь станции - фокусируется в одной точкена вершине башни. Здесь излучение используется двумя способами:
Стоит отметить, что большинство промышленных водогреек на звезде, солнечных станций описанного типа - используют второй принцип преобразования. Рабочее тело большого объема имеет стабильные характеристики и может плавно отдавать накопленные Джоули для получения электричества.
Иную конструкцию,но тот же самый принцип передачи энергии света теплоносителю имеют солнечные станции второго типа. Здесь на большой площади расположены зеркала, представляющие собой половину цилиндра большого диаметра. В фокусной зоне - проходит трубка с теплоносителем. Электропривод, задача которого состоит в слежении за положением Солнца - проще, он двигает отражатель в одной области свободы. Многометровые ряды зеркал фокусируют излучение на трубке с рабочим телом, передавая энергию теплоносителю.Циркуляционный насос станции перекачивает расплав из основного резервуара до достижения рабочей температуры. Сооружение станции обходится дешевле, аналогично - ниже расходы на обслуживание систем электропривода зеркал. Промышленное производство: солнечные фермыСолнечная энергетика в мире применяет и прямое преобразование света в электрический ток с помощью процессов в полупроводниках. Промышленные станции такого типа - это тысячи квадратных метров пластин кристаллических элементов, каждый из которых генерирует очень маленькое напряжение и ток при воздействии солнечного излучения.
Соединяемые в сложные схемы, панели кристаллов формируют отдельные блоки, каждый из которых выдает подходящие для преобразования в промышленные стандарты параметры энергии. В состав инженерного решения входят преобразователи и стабилизаторы напряжения, системы контроля и охлаждения, а также автоматические инструменты диагностикиполупроводников. Подобная станция может работать вечно. Обслуживание панелей сводится к поддержанию чистоты их поверхности. Более сложные решения предусматривают применение электроприводов, которые будут отслеживать положение Солнца и располагать фотоэлементы перпендикулярно потоку излучения для повышения КПД станции в целом. Какие проблемы ограничивают массовое использование солнечной энергииГлавная проблема, из-за которой Солнце все еще не стало основным источником электроэнергии - временная нестабильность. Можно получить огромное количество мегаватт в светлое время суток, но ночью отдача станций - нулевая. Вдобавок планета не освещена равномерно. Современные солнечные станции строятся в пустынях, где светило находится близко к зениту, количество безоблачных дней почти равняется годовому количеству суток. Основную проблему, когда днем энергия в избытке, а в пиковые вечерние часы наступает энергетический голод - стараются решить. Разрабатываются системы хранения рабочего тела, которое будет нагрето в течение светового дня. Термосы многометровой высоты способны сохранить достаточно тепла, чтобы использовать его для получения электроэнергии в ночные часы. Однако сооружение таких структур еще больше удорожает проект станции, увеличивает срок ее окупаемости, повышает расходы на обслуживание, уровень аварийной опасности и итоговую стоимость электроэнергии. Фактически, на сегодня солнечная энергетика промышленного класса невероятно дорога. Станция, построенная компанией Google, показала фактические затраты строительства на уровне 17870 долларов за 1 кВт мощности при оценке годовой выработки. Для сравнения, атомную станцию можно построить с показателями расходов от 2000 до 4000 долларов за киловатт, а газовой ТЭС - от 700 до 900 долларов. Применение Солнца в бытуКогда были введены в эксплуатацию первые промышленные проекты и стали точно видны перспективы солнечной энергетики, голоса тех, кто кричал «наше светило может заменить уголь, газ, атом» - значительно поутихли. Прорывы в технологиях полупроводников дали возможность заявлять о том, что в быту можно обойтись без традиционных энергоносителей.
Сегодня солнечные батареи продвигаются на рынке как панацея, избавление от коммунальных расходов, возможность построить полностью энергонезависимое жилье. Не вдаваясь в детали, заявим прямо. Полностью энергонезависимую структуру с некоторыми ограничения построить можно. Однако понадобятся:
Однако сразу стоит отметить: ни о каком нагреве воды электричеством не может быть и речи. Для обогрева понадобится газовый или твердотопливный котел, при желании работать на настольном компьютере придется потратиться на хорошие аккумуляторы, каждый дополнительный ватт потребления увеличит необходимые финансовые вложения. Поэтому солнечные батареи в быту служат как некий стабилизирующий источник энергии. Они напитывают фонари, которые горят ночью за счет накопленной днем энергии. Используются для питания систем контроля солнечных водонагревательных коллекторов. Применяются как источник питания слаботочной электроники. Однако приверженцам зеленой энергетики не стоит унывать: впереди у человечества, без сомнения, еще много открытий в области физики и технологий, которые смогут удешевить электричество, получаемое с помощью солнечного света. Подписаться на рассылку Подписатьсяekobatarei.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Люди уже не представляют себе жизнь без электричества, и с каждым годом потребность в энергии все больше растет, в то время как запасы энергоресурсов таких нефть, газ, уголь стремительно сокращаются. У человечества не остается других вариантов, как использование альтернативных источников энергии. Одним из способов получения электроэнергии является преобразование солнечной энергии с помощью фотоэлементов. То, что можно использовать энергию солнца люди узнали относительно давно, но активно развивать начали лишь в последние 20 лет. За последние годы благодаря не прекращающимся исследованиям, использованию новейших материалов и креативных конструкторских решений удалось значительно увеличить производительность солнечных батарей. Многие полагают, что в будущем человечество сможет отказаться от традиционных способов получения электроэнергии в пользу солнечной энергии и получать ее с помощью солнечных электростанций.
На каждый освещенный квадратный метр земной поверхности Солнце обрушивает 1 кВт/час световой энергии, что является весьма существенной величиной. А ежегодно на поверхность нашей планеты поступает 620 млн. млрд. кВт/час лучистой энергии. Это в тысячи раз больше нынешних потребностей человечества. Но ведь нам нужен электрический ток. Эффективное преобразование лучистой энергии в электричество – задача не из простых. А если ее еще и усложнить необходимостью массового производства преобразователей «свет-электричество» и тем, что цена конечной энергии, производимой солнечной электростанцией, должна быть дешевой – получается очень и очень сложная задача.
