Возобновляемые источники энергии. Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале (стр. 1 из 3). Солнечная энергия в россии

Солнечная энергетика сегодня. Перспективы солнечной энергетики в России и в мире.

О солнечной энергетике и перспективах ее развития ведутся споры и дискуссии уже много лет. Большинство считают солнечную энергетику – энергетикой будущего, надеждой всего человечества. Серьезные инвестиции вкладывает в строительство солнечных электростанций большое количество компаний. Солнечную энергетику стремятся развивать во многих странах мирах, считая ее главной альтернативой традиционным энергоносителям. Германия, являясь далеко не солнечной страной, стала мировым лидеров в этой сфере. Совокупная мощность СЭС Германии растет год от года. Серьезно занимаются разработками в области энергии солнца и в Китае. Согласно оптимистичному прогнозу International Energy Agency, солнечные электростанции к 2050 году смогут производить до 20-25% мировой электроэнергии. Альтернативный взгляд на перспективы солнечных электростанций базируется на том, что затраты, которые требуются для изготовления солнечных батарей и аккумуляторных систем, в разы превышают прибыль от производимой солнечными электростанциями электроэнергии. Противники этой позиции уверяют, что все как раз наоборот. Современные солнечные батареи способны работать без новых капиталовложений десятки и даже сотни лет, произведенная ими суммарная энергия равна бесконечности. Вот почему в долгосрочной перспективе электроэнергия, полученная с использованием энергии солнца, станет не просто рентабельной, а сверхприбыльной. Где же истина? Попробуем разобраться в этом вместе с вами, уважаемые читатели. Мы рассмотрим современные подходы в сфере солнечной энергетики и некоторые гениальнейшие идеи, которые на сегодняшний день уже реализованы. Мы попробуем установить КПД солнечных батарей, функционирующих в настоящее время, понять, почему сегодня этот КПД является довольно низким.

Эффективность солнечных батарей в России

Согласно современным исследованиям, солнечная энергия составляет порядка 1367 Ватт на 1 кв.м (солнечная постоянная). На экваторе через атмосферу до земли доходит лишь 1020 Ватт. На территории России с помощью солнечных электростанций (при условии, что КПД солнечных элементов составляет сегодня 16%) в среднем можно получить 163,2 Ватта на квадратный метр. В этих таблицах приводится годовая инсоляция для городов России с учетом погодных услов

alternativenergy.ru

Солнечная энергетика сегодня. Перспективы солнечной энергетики в России и в мире.

Эффективность солнечных батарей в России

Согласно современным исследованиям, солнечная энергия составляет порядка 1367 Ватт на 1 кв.м (солнечная постоянная). На экваторе через атмосферу до земли доходит лишь 1020 Ватт. На территории России с помощью солнечных электростанций (при условии, что КПД солнечных элементов составляет сегодня 16%) в среднем можно получить 163,2 Ватта на квадратный метр. В Солнечная энергетика сегодня. Перспективы солнечной энергетики в России и в мире.

В качестве примера рассмотрим электростанцию Ivanpah (мощность 392 мегаватт), в которую вложил свои средства всемогущий Google. В строительство солнечной электростанции, расположенной в калифорнийской пустыне Мохаве, вложено более двух миллиардов долларов США. На 1 кВт установленной мощности СЭС затрачено 5612 долларов. Многие полагают, что эти затраты, хотя и превышают затраты на сооружение угольных электростанций, гораздо ниже, чем затраты на строительство АЭС. Но так ли это? Во первых, на атомной электростанции, на 1 кВт ее установленной мощности расходуется от 2000 до 4000 долларов, что дешевле, чем затраты, которые пошли на строительство Ivanpah. Во вторых, годовая выработка электроэнергии солнечной электростанции – 1079 ГВт*ч, следовательно, ее среднегодовая мощность 123.1МВт. К тому же, солнечная электростанция станция способна генерировать энергию солнца только в дневные часы. Таким образом, «усредненная» стоимость строительства СЭС доходит до 17870 долларов за 1 кВт, а это довольно значительная цена. Пожалуй, дороже обошлась бы разве что выработка электричества в открытом космосе. Затраты на строительство привычных электростанций, работающих, например, на газе, в 20-40 раз ниже. При этом, в отличие от солнечных электростанций, эти электростанции могут функционировать постоянно, производя электроэнергию тогда, когда в ней есть потребность, а не только в те часы, когда светит солнце. Но мы знаем, что современные солнечные теплоэлектростанции способны генерировать электроэнергию круглосуточно, используя для этого большой объем нагреваемого в течение всего светового дня теплоносителя. Только стоимость строительства этих станций стараются не слишком афишировать, вероятно, потому, что она является значительной. А если в стоимость проектирования и строительства солнечных электростанций включить аккумуляторы, тем более, строительство гидроаккумулирующих электростанций, то сумма возрастет до фантастических размеров.

Кремниевые солнечные батареи

Сегодня для функционирования СЭС применяются полупроводниковые фотоэлементы, которые представляют собой полупроводниковые диоды большой площади. Влетающий в pn-переход световой квант, генерирует пару электрон-дырка, при этом, на выходах фотодиода создается перепад напряжения (порядка 0,5В). КПД кремниевой солнечной батареи — порядка 16 %. Почему же КПД столь низок? Для того чтобы сформировать электронно-дырочную пару, требуется определенная энергия. Если прилетевший световой квант обладает малой энергией, то генерации пары не произойдет. В этом случае квант света просто пройдет сквозь кремний, как сквозь обыкновенное стекло. Вот почему кремний является прозрачным для инфракрасного света далее 1.2 мкм. Если же световой квант прилетит с большей энергией, чем требуется для генерации (зеленый свет), пара образуется, но избыток энергии просто уйдет в никуда. При синем и ультрафиолетовом свете (энергия которого является очень высокой), квант может не успеть долететь до самых глубин p-n перехода. Солнечная энергетика сегодня. Перспективы солнечной энергетики в России и в мире.

Для того чтобы солнечный свет не отражался от поверхности солнечной батареи, на нее наносится специальное противоотражающее покрытие (такое покрытие наносят и на линзы фотообъективов). Текстуру поверхности делают неровной (в виде гребенки). В этом случае световой поток, отразившись от поверхности один раз, возвращается вновь. КПД фотоэлементов увеличивают, комбинируя между собой фотоэлементы, на основе различных полупроводников и с разной энергией, необходимой для генерации пары электрон-дырка. Для трехступенчатых кремниевых фотоэлементов достигается КПД в 44% и даже выше. Принцип работы трехступенчатого фотоэлемента основан на том, что сначала ставится фотоэлемент, который эффективно поглощает именно синий свет, а красный и зеленый, пропускает. Второй фотоэлемент поглощает зеленый, третий – ИК. Однако трехступенчатые фотоэлементы сегодня очень дороги, поэтому, повсеместно используются более дешевые одноступенчатые фотоэлементы, которые за счет цены опережают трехступенчатые по показателю Ватт/$. Гигантскими темпами развивает производство кремниевых фотоэлементов Китай, за счет чего стоимость одного ватта снижается. В Китае она составляет примерно 0,5 долларов за Ватт. Основными типами кремниевых фотоэлементов являются:• Монокристаллические• Поликристаллические КПД монокристаллических фотоэлементов, которые являются более дорогими, несколько выше (всего лишь на 1 %), чем КПД поликристаллических. Поликристаллические кремниевые фотоэлементы сегодня обеспечивают наиболее дешевую стоимость 1 Ватта генерируемой электроэнергии. Кремниевые солнечные батареи не могут служить вечно. За 20 лет эксплуатации в условиях агрессивной среды самые совершенные из них теряют до 15-ти процентов своей первоначальной мощности. Есть основания полагать, что в дальнейшем деградациях солнечных батарей замедляется.

Кремниевый фотоэлемент и параболическое зеркало

Изобретатели во всех странах мира предпринимают всевозможные попытки увеличить экономическую рентабельность солнечных электростанций. Если, например, взять маленький эффективный кремниевый фотоэлемент и параболическое зеркало (concentrated photovoltaics), можно достичь КПД в 40 % вместо 16, при этом, зеркало гораздо дешевле, чем солнечная батарея. Но для того чтобы следить за солнцем, требуется надежная механика. Громадная зеркальная поворотная тарелка должна быть надежно укреплена и защищена от мощных ветровых порывов и агрессивных факторов окружающей среды. Вторая проблема заключается в том, что параболические зеркала не могут фокусировать рассеянный свет. Если солнце зашло даже за не плотные тучи, выработка энергии с помощью параболической системы упадет до нуля. У привычных солнечных батарей в этих условиях выработка тепловой энергии тоже серьезно снижается, но не до нуля. Солнечные батареи с параболическими зеркалами слишком дороги по установочной стоимости и затратны в обслуживании.

Круглые солнечные элементы на крышах

Американской компанией Solyndra при поддержки правительства были сконструированы солнечные фотоэлементы круглой формы. Они монтировались на крышах, выкрашенных в белый цвет. Солнечные батареи круглой формы изготавливали путем напыления проводникового слоя (в случае с Solyndra использовался Copper indium gallium (di)selenide) на стеклянные трубы. Фактическая эффективность круглых батарей составляла порядка 8,5 %, что ниже более дешевых кремниевых. Solyndra, получившая государственные гарантии по громадному кредиту, обанкротилась. В технологии, экономическая эффективность от которых была весьма сомнительной с самого начала, американская экономика вложила немалые денежные средства. «Удачное» лоббирование неэффективных технологий – это не только российское ноу хау.

Большая проблема солнечной энергетики!

Известно, что солнечные электростанции генерируют электроэнергию днем, в то время, как огромная потребность в электричестве возникает как раз таки в вечерние часы. Это значит, что без аккумуляторов солнечные электростанции не будут эффективны. В вечерний пик потребления электричества придется задействовать альтернативные (классические) источники электроэнергии. В дневные часы часть традиционных электростанций придется отключить, а часть — держать в горячем резерве на случай плохой погоды. Если над солнечной электростанцией нависнут тучи, недостающую электроэнергию должна давать резервная. В итоге, классические генерирующие мощности стоят в резерве и теряют прибыль. Солнечная энергетика сегодня. Перспективы солнечной энергетики в России и в мире.

Есть еще один путь. Он отражен в проекте Desertec – передача электроэнергии из Африки в Европу. С помощью ЛЭП в вечерний пик потребления электричества можно передавать электроэнергию от СЭС, которые находятся в тех районах земного шара, где в это время в разгаре солнечный день. Но этот способ до перехода на сверхпроводники требует огромных финансовых затрат, а также, всевозможных согласований между разными государствами.

Использование аккумуляторов

Мы выяснили, что в среднем стоимость одного Ватта, произведенного солнечной батареей — 0,5 доллара. В течение дня (8 часов) батарея способна сгенерировать в пределах 8-ми Вт*ч. Эту энергию необходимо сохранить до вечернего пика потребления электричества. Литиевые аккумуляторы, разработанные в Китае, стоят приблизительно 0,4 доллара за Вт*ч, следовательно, для солнечной батареи стоимостью 0,5 доллара, на 1 Вт будут необходимы аккумуляторы стоимостью 3,2 доллара, а это в шесть раз превышает стоимость самой батареи. Если учесть, что литиевый аккумулятор рассчитан максимум на 2000 циклов заряда-разряда, что составляет от трех до шести лет, то можно сделать вывод, — литиевый аккумулятор, это чрезвычайно дорогое решение. Самыми дешевыми аккумуляторами являются свинцово-кислотные. Оптовая цена этих далеко не самых экологичных систем, порядка 0,08 доллара за Вт*ч. Свинцово-кислотные аккумуляторы также, как и литевые, рассчитаны на 3-6 лет работы. КПД свинцового аккумулятора составляет 75 %. Четвертую часть своей энергии этот аккумулятор теряет в цикле заряд-разряд. Чтобы сохранить дневную выработку солнечной энергии понадобится приобрести свинцово-кислотные аккумуляторы на 0.64 доллара. Мы видим, что это также больше, чем стоимость самих батарей. Для современных СЭС разработаны гидроаккумулирующие электростанции. В течение светового дня в них закачивается вода, а ночью они функционируют как обычные гидроэлектростанции. Но строительство этих электростанций (КПД 90 %) не всегда возможно и чрезвычайно дорого. Мы можем сделать неутешительный вывод. На сегодняшний день аккумуляторы обходятся дороже, чем сами СЭС. Для крупных солнечных электростанций они не предусмотрены. По мере генерации электроэнергии, крупные солнечные электростанции продают ее в распределительные сети. В вечернее и ночное время электроэнергию вырабатывают обычные электростанции.

Энергия солнца — какова сегодня ее цена?

Возьмем, к примеру, Германию – мирового лидера в использовании солнечной энергетики. Киловатт солнечной энергии, которая генерируется (даже в дневные часы, а ведь такая электроэнергия дешевле), выкупается в этой стране по цене от 12 до 17,45 евроцентов за кВт*ч. Поскольку газовые электростанции в Германии по прежнему строятся, функционируют или находятся в горячем резерве, солнечные электростанции в этой стране фактически просто помогают экономить российский газ. Стоимость российского газа на сегодняшний день – 450 долларов за тысячу кубометров. Из этого объема газа (КПД генерации 40%) можно выработать приблизительно 4.32 ГВт электроэнергии. Следовательно, на 1 кВт*ч электричества выработанного от солнца, российского газа экономится на сумму в 0,104 доллара или 7,87 евроцента. Вот справедливая стоимость солнечной нерегулируемой генерации. Таким образом, в настоящее время в Германии солнечная энергетика на 50 % дотируется государством. Хотя, необходимо отметить, что Германия стремительно снижает стоимость генерации электроэнергии от солнца.

Делаем выводы

Самое экономичное солнечное электричество (0,5 долларов за 1 Ватт) получают сегодня с помощью солнечных поликристаллических батарей. Все остальные способы получения электричества с помощью энергии солнца, на порядок дороже. Проблема, которая является ключевой для солнечной энергетики, это все же не КПД солнечных батарей, не цены, и не EROEI, который теоретически бесконечен. Главная проблема заключается в удешевлении способов генерации энергии солнца, полученной в дневные часы и сбережения этой энергии для вечернего пикового потребления. Ведь в настоящее время аккумуляторные системы, срок службы которых от трех до шести лет, в разы дороже самих солнечных батарей. Солнечная генерация в значительных масштабах рассматривается сегодня только в виде способа экономии небольшой части традиционного ископаемого топлива в дневное время. Солнечная энергетика пока не в силах полностью взять на себя нагрузку в вечерние пиковые часы энергопотребления и уменьшить число АЭС, угольных, газовых и гидроэлектростанций, которые в дневные часы должны стоять в резерве, а в вечерние, брать на себя значительную энергетическую нагрузку. Если в результате ужесточения тарифов (при которых, например, производителям водорода и алюминия будет выгодно запускать свое электролизное производство в дневные часы) пик потребления электроэнергии сместится на дневные часы, то у энергии солнца появятся более серьезные перспективы для развития. Стоимость солнечной генерации, которая является «нерегулируемой», несопоставима со стоимостью генерации электроэнергии на привычных электростанциях, которые могут свободно генерировать ее в любое время, когда в этом есть необходимость. Стоимость солнечной электроэнергии не должна превышать стоимости ископаемого топлива, сэкономленного с ее помощью. Если, например, газ в Германии стоит 450 долларов, то цена солнечной генерации в этой стране не должна превышать 0,1 доллара за киловатт час, в противном случае солнечная энергетика в этой стране является убыточной. До тех пор пока ископаемое топливо будет оставаться дешевым и легкодоступным, генерация солнечной энергии является невыгодной с экономической точки зрения. В настоящее время использование энергии солнца и дорогостоящих солнечных аккумуляторных систем является экономически оправданным только для тех регионов и объектов, где нет других возможностей подключения к электросетям. Например, на одиноко стоящей, отдаленной станции сотовой связи. Однако, не стоит забывать следующих важных факторов, которые вселяют оптимизм при рассмотрении солнечной энергетики:1. Стоимость ископаемого топлива неуклонно растет по мере уменьшения его запасов.2. Разумная государственная политика делает использование солнечных электростанций выгоднее.3. Прогресс не стоит на месте! КПД солнечных электростанций повышается, разрабатываются новые технологии в генерировании и аккумулировании электроэнергии.

Поэтому, хочется верить, через 3-5 лет можно будет написать гораздо более позитивный обзор этой отрасли энергетики!

< Назад
Вперёд >

miatz.ru

Скромные успехи: кто и как занимается солнечной энергетикой в России

Добыча солнечной энергии экологична и выгодна экономически. Однако большинство солнечных электростанций до сих пор строится за границей — Россия как будто осталась в стороне от этого тренда.

Robohunter решил разобраться, как развивается солнечная энергетика в нашей стране, кто владеет уже построенными солнечными электростанциями и кто строит новые.

Мировые рекордсмены

Согласно исследованиям немецкого аналитического агентства Bernreuter Research, на сегодня безусловным лидером по производству солнечной электроэнергии считается Китай (52 ГВт установленной мощности), генерирующий около 60% солнечной энергии (СЭ) в мире. На втором месте находится США с показателем в 12,5 ГВт, на третьем – Индия (9 ГВт). За ними идут Япония (5,8 ГВт), Германия (2,2 ГВт) и Бразилия (1,3 ГВт). Об этом сообщает PV Magazine. России в списке лидеров пока нет.

Согласно прогнозам агентства, к концу 2017-го мировая солнечная энергетика достигнет рекордных 100 ГВт, что на треть выше по сравнению с показателем 2016 года (74 ГВт, также рекордным). Это связано с возможным падением цен на оборудование для солнечных электростанций – солнечные батареи. Так, сегодня килограмм поликремния обходится в $16,6, но в дальнейшем его стоимость может составить $14-15.

Ivanpah Solar Power Facility, США

Что касается тарифов для конечного потребителя, то самый низкий показатель был зафиксирован 16 ноября в Мексике. Он составил 1,77 центов/кВт⋅ч, а предложила его компания ENEL Green Power. До этого дешевле всего СЭ обходилась жителям Саудовской Аравии (1,79 центов/кВт⋅ч).

А новое исследование от учёных из Лаппеэнрантского технологического университета (Финляндия) показывает, что к 2050 году все страны перейдут на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Уже сейчас очевидно, что это, во-первых, технологически возможно, а во-вторых – экономически целесообразно.

Президент EWG Ханс-Йозеф Фелл заявил, что даже один доллар бессмысленно вкладывать в добычу ископаемых или атомную энергетику, так как ВИЭ обеспечат экономное энергообеспечение.

«Все проекты по расширению ядерной, угольной, нефтяной и газовой промышленности должны быть закрыты», – сказал он.

В связи с этим России стоит уже сегодня всерьёз задуматься о собственных технологиях добычи ВИЭ (в том числе СЭ).

Орская СЭС им. А. А. Влазнева

Достаточно ли солнца в России?

Согласно данным Института энергетической стратегии, теоретический потенциал СЭ в России – более чем 2300 млрд тонн условного топлива (т.у.т.), экономический – 12,5 млн т.у.т. При этом потенциал СЭ, что получает вся Россия за три дня, выше произведённой ею электроэнергии за год.

Из-за географического расположения России уровень солнечной радиации здесь значительно колеблется (810 кВт⋅ч/м2 в год – в северных регионах и 1400 кВт⋅ч/м2 в год – в южных).

Показатель также зависит от времени года. Так, на широте 55 градусов в январе он равен 1,69 кВт⋅ч/м2, в июле – 11,41 кВт⋅ч/м2.

Самые перспективные районы для получения СЭ: Северный Кавказ, регионы у Чёрного и Каспийского морей, Южная Сибирь и Дальний Восток.

Бурибаевская СЭС

Где в России добывают солнечную энергию

В отчёте Системного оператора единой энергетической системы (ЕЭС) России о функционировании ЕЭС в 2016 году говорится, что суммарная установленная электрическая мощность СЭС на 1 января 2017 года составляет 75,2 МВт, то есть всего 0,03 % от установленной мощности электростанций энергосистемы (236,3 тыс. МВт).

В России действуют 12 СЭС. Они перечислены по убыванию в зависимости от установленной мощности:

Орская СЭС им. А. А. Влазнева, суммарная мощность – 40 МВт.
Бурибаевская СЭС – 20 МВт.
Бугульчанская СЭС – 15 МВт.
Грачевская СЭС – 10 МВт.
Плешановская СЭС – 10 МВт.
Кош-Агачская СЭС – 10 МВт.
Абаканская СЭС – 5,198 МВт.
Переволоцкая СЭС – 5 МВт.
Усть-Канская СЭС – 5 МВт.
СЭС ООО «АльтЭнерго» – 0,1 МВт.
СЭС Батагай – 1,0 МВт.
СЭС Менза – 0,12 МВт.

Из данного списка только одна станция принадлежит правительству – СЭС Менза (Правительство Забайкальского края). В остальных случаях собственниками выступают частные компании: Орской СЭС владеет ПАО «Т Плюс», Абаканской – ОАО «ЕвроСибЭнерго», Батагайской – АО «РАО ЭС Востока», а остальными (7 шт.) – ООО «Авелар Солар Технолоджи».

Бугульчанская СЭС

Кош-Агачская СЭС

Собственники российских СЭС

ПАО «Т Плюс» – российская частная компания, занимающаяся электроэнергетикой и теплоснабжением. Основана в 2002 году. Ей принадлежит 6% электроэнергии в РФ. Объединяет 61 электростанцию, солнечная из них – одна.

ОАО «ЕвроСибЭнерго» – российская частная энергетическая компания, которой принадлежит около 8% электроэнергии в РФ. Абаканскую СЭС ввела в эксплуатацию в декабре 2015 года.

ПАО «РАО Энергетические системы Востока» – российский электро- и тепловой энергохолдинг, объединяющий энергетические компании Дальнего Востока. Основан в 2008 году. Установленная мощность – 9 МВт, что составляет 2/3 выработки электроэнергии в данном регионе РФ.

ООО «Авелар Солар Технолоджи» – компания, входящая в состав группы «Хевел» и занимающаяся установкой и поддержкой деятельности СЭС. Работает с 2011 года. Установленная мощность всех СЭС – 74 МВт.

Для справки: Группа компаний «Хевел» – это крупнейший в РФ интегрированный холдинг по производству СЭ. Основан в 2009 году. Установленная мощность всех его объектов – 434 МВт. Учредители: группа компаний «Ренова» и АО «Роснано».

Усть-Канская СЭС

Комментирует Ассоциация солнечной энергетики

Ряд энергохолдингов объединился в некоммерческую структуру НП «Ассоциация предприятий солнечной энергетики» с целью поддерживать её развитие. В состав организации входят девять компаний: «АльтЭнерго», Helios Resource, ООО «НТЦ тонкоплёночных технологий в энергетике», Hevel Solar, ЗАО «Связь инжиниринг», «Фортум», ООО «Авелар Солар Технолоджи», ООО «Солар Системс», Energy Group.

Мы узнали у директора ассоциации Антона Усачёва о главных задачах и перспективах развития солнечной энергетики в России.

Помимо комплексного развития солнечной энергетики в России, организация ставит перед собой и другие цели: развитие международного сотрудничества в области; представление консолидированной позиции членов ассоциации в госструктурах; создание условий для поддержки технологического развития отрасли в России.

По словам специалиста, для строительства СЭС нужны достаточный уровень инсоляции (облучения земной поверхности солнечной радиацией. – Прим. ред.) и 3-4 Га равнинного участка на 1 МВт установленной мощности.

«Солнечная генерация может быть не только сетевой, но и автономной или распределённой, – отметил А. Усачёв. – Для энергоснабжения небольших посёлков или объектов солнечная энергетика уже обходится намного дешевле, чем дизельные электростанции».

Он также ответил, какие проекты по солнечной энергетике сейчас воплощаются в России:

«В рамках действующей системы поддержки развития возобновляемой энергетики в России до 2024 года будет построено более 1,7 ГВт солнечной сетевой генерации и порядка 50 МВт автономных гибридных солнечных установок. Если говорить о потенциале развития, то в ближайшие 7-10 лет общая установленная мощность солнечной генерации может достичь 10 ГВт».

Дарья Козлова

robo-hunter.com

Возобновляемые источники энергии. Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале (стр. 1 из 3)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра «Энергосбережение»

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Основы энергосбережения»

Тема: «Возобновляемые источники энергии. Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале»

Студент Ларин А. И.

Группа М-56011

Преподаватель Силин В. Е.

Екатеринбург

2010

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Их плюсы и минусы

В последние годы как в научно-технической литературе, так и в популярных изданиях появляются многочисленные публикации о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии (НВИЭ). Оценки возможностей их широкого применения колеблются от восторженных до умеренно пессимистических. «Зеленые» призывают вообще заменить всю традиционную топливную и атомную энергетику на использование НВИЭ. Мнения специалистов гораздо более осторожны.

Каковы же эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных - более крупных - ГЭС только масштабом.

Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

Отрицательные качества - это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.

Больше неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии приливов строго циклично, то процесс поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент случайности, связанный с погодными условиями. Еще более изменчива и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической или тепловой). Кроме того, стабильное производство энергии могут обеспечить установки, использующие биомассу, если они снабжаются требуемым количеством этого «энергетического сырья».

Говоря о производстве электроэнергии, следует заметить, что она представляет собой весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой другой продукт или товар, поскольку фундаментальная научно-техническая проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом будущем.

Что же касается «бесплатности» большинства видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает некоторый парадокс, состоящий в том, что бесплатную энергию способны использовать, главным образом, богатые страны. В то же время наиболее заинтересованы в эксплуатации НВИЭ развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой сети централизованного энергоснабжения. Для них создание автономного энергообеспечения путем применения нетрадиционных источников могло бы стать решением проблемы, но в силу своей бедности они не имеют средств на закупку в достаточном количестве соответствующего оборудования. Богатые же страны энергетического голода не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

В целом использование НВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. В некоторых странах доля нетрадиционных источников в энергобалансе составляет единицы процентов. По различным прогнозным оценкам, в которых в настоящее время нет недостатка, эта доля к 2010-2015 гг. во многих государствах достигнет или превзойдет 10%. Здесь можно дискутировать только о темпах роста данного показателя, но сам факт роста не подвергается сомнению.

Энергия солнца. Возможности использования в России и на Урале

С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам. Вокруг светила создавались мифы, его обожествляли. В Древнем Египте верховным божеством считался Ра — бог Солнца. Пожалуй, первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент. В Древней Греции поклонялись Гелиосу. Имя этого бога сегодня легло в основу многих терминов, связанных с солнечной энергетикой. У древних славян особо почитался Даждьбог — солнце, источник тепла и света. У древних инков были загадочные сооружения, по которым сегодня мы можем предложить версию, что они могли использоваться как гелиоколлекторы. Солярная символика являлась оберегом для человека и его жилища (см. рисунок). Такие изображения и сегодня можно встретить в орнаментах традиционного жилища. Понятные нам теперь солнечные затмения в древности воспринимались простыми людьми как катастрофы. Вокруг этого явления складывались легенды. Появление огня, поддерживающего свою жизнь древесиной и согревающего человека, не изменило такую привязанность. А что такое древесина? Это практически та же солнечная энергия, аккумулированная с помощью фотосинтеза. А газ, уголь, нефть? Это также результат деятельности солнца.

Как видно, такой природный и поистине бесценный источник, как солнечная радиация, был всегда рядом с человеком, его старались использовать, приручить стихию. С незапамятных времен пространственную структуру своего жилья человек организовывал с учетом ориентации на Солнце. Фактически то, что мы сейчас называем энергосберегающими строительными приемами, есть ничто иное, как попытка грамотного использования и сохранения тепла, дающего нашим светилом, в зданиях.

Еще в начале прошлого века человек с успехом пользовался этим явлением. На рубеже XIX и XX веков делались попытки создания различных технических устройств обуздания и использования энергии солнца.

Но за последние 100 лет, несмотря на интенсивное развитие технологии, этот энергоноситель, так верно служивший человеку, был незаслуженно забыт. Результаты такой забывчивости не замедлили сказаться: нам грозит энергетический кризис, не за горами экологическая катастрофа. И только в два последние десятилетия интерес к использованию энергии солнца стал расти.

Более чем в 70 странах мира разработаны и действуют гелиоэнергетические программы. Так в Германии реализован проект «Тысяча крыш», где 2250 домов было оборудовано фотогальваническими установками. В США принята программа «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. В настоящее время эксплуатируется более миллиона солнечных водонагревателей. Получают распространение «солнечные дома». Разработаны способы управления регулированием систем.

Во всем мире производится анализ эффективности по использованию возобновляемых источников энергии. Мировыми лидерами по применению энергии солнца являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. Также активно ведутся разработки в таких странах, где климатические характеристики близки к Московской области, таких как Скандинавия, Норвегия, Канада.

Использование возобновляемых видов энергии, в частности энергии солнца, приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. По различным прогнозам, эта доля к 2010-2015 гг. во многих государствах достигнет 10% и более.

Конечно, на сегодняшний день без дублирующих систем энергоснабжения зданий, использующих невозобновляемые ресурсы, не обойтись, но даже 20%-ное замещение их дает несомненный положительный эффект. Что дают эти 20%? Это прежде всего, снижение на 1/5 использования количества невозобновляемых энергоносителей, используемых для эксплуатации зданий, снижение риска надвигающейся экологической катастрофы и, что самое важное для хозяина, снижение затрат на содержание своего дома.

Возможность полного, либо частичного замещения невозобновляемых энергоносителей для энергоснабжения зданий позволяет решить многие проблемы. Просто необходимо обеспечить жилые дома экологичными системами отопления (и летнего охлаждения), горячего водоснабжения. Да, конечно, стоимость оборудования и монтажа гелиосистем на сегодняшний день не самое дешевое и не самое простое решение. Но с учетом того, что солнечная энергия ничего не стоит, а стоимость на невозобновляемые энергоносители постоянно растет, оборудование окупится за 2-3 года и будет служить до полного износа.

mirznanii.com

Возможности использования солнечной энергии в России

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Энергия солнца

С учетом перспективы разработок, ведущихся в этом направлении, можно смело прогнозировать, что к 2015 году появятся новые гелиосистемы, с большей эффективностью и сроком окупаемости до 1 года. Стоимость установок сегодня уже на порядок ниже, чем была 10 лет назад.

Можно ли использовать энергию солнца в энергоснабжении жилых зданий, расположенных в средней полосе России?

Долгое время в нашей стране считалось, что солнечные установки целесообразны только в регионах с жарким климатом. Однако опыт использования их в таких местностях, как Аляска, Канада, Норвегия, Северная Америка, близких по климатическим условиям, показывает, что их можно применять и в нашей средней полосе, в частности в Московской области. Московская область размещена на Восточно-Европейской равнине в зоне перехода от Смоленско-Московской возвышенности до Мещерской низменности. Переходное положение между разными природными районами создает в области значительные перепады высот на местности. Природно-климатических условий достаточно для круглогодичной эксплуатации энергии солнца.

Различные строительные приемы использования возобновляемых источников энергии как в реконструируемых зданиях, так и при новом строительстве дают такую возможность. Надо только правильно их использовать.

В 60-70-х гг. в нашей стране предпринимались шаги по использованию нетрадиционных видов энергии. В это время появились также фотоэлектрические установки автономного электроснабжения, прекрасно зарекомендовавшие себя в космосе. К концу 80-х годов в эксплуатации находились солнечные установки горячего водоснабжения с общей площадью около 150 тыс. м², а производство солнечных коллекторов доходило до 80 тыс. м² в год. Экономические осложнения, возникшие в 90-е годы, затормозили развитие использования нетрадиционных видов энергии в нашей стране. Однако сегодня и в нашей стране НВИЭ получают все большее распространение.

Солнечная энергия используется в основном для производства низкопотенциального тепла, коммунально-бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения. Общемировое производство низкопотенциального тепла в ближайшей перспективе составит 5*106 Гкал. Мировая суммарная мощность фотоэлектрических установок достигла 500 МВт.

Создание законодательной базы использования НВИЭ в России стимулирует дальнейшее развитие. Законом «Об энергосбережении» 1996 г. установлена правовая основа применения электрогенерирующих гелиоустановок. Государственной Думой и Советом Федерации принят закон «О государственной политике в сфере использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии». Ведется разработка федеральной программы по использованию НВИЭ. В России на сегодня есть все предпосылки для его дальнейшего развития. С выходом из кризисного экономического состояния станет возможным развитие промышленности, научно-технической базы и др. деятельности. Как и во всем мире, рост использования этих источников необратим.

Экологическая ситуация требует от архитекторов и строителей нового мышления. Современная энергетика, ставшая сегодня традиционной, в зависимости от вида энергоносителя в целом, оказывает отрицательное воздействие на экологию окружающей среды. Хотя бы в области энергоснабжения зданий и городов необходимо принимать решения, позволяющие эффективно использовать возобновляемые ресурсы.

Анализ публикаций, в частности материалов Internet, показывает, что энергетические потребности в энергии во всем мире стимулируют разработку приемов по использованию возобновляемых источников энергии четвертого поколения. Такие приемы при меньших затратах на монтаж и оборудование позволяют эффективно эксплуатировать солнечные установки для энергообеспечения зданий.

Среди разработок можно выделить два главных направления, которые следует учитывать:

разработка и применение солнечных энергоустановок с ограниченным уровнем мощности для энергоснабжения мелких автономных потребителей;

создание солнечных энергетических станций ограниченной мощности в северных районах (типа Аляски). Это может радикально решить проблему использования возобновляемой энергии в масштабах, ощутимых в мировом энергобалансе.

Как может осуществляться альтернативное использование солнечной энергии при эксплуатации зданий? Рассмотрим несколько основных положений:

солнечная энергия — воздействие солнечной радиации на здание или воспринимающие поверхности. Для восприятия солнечной энергии необходима ориентация воспринимающих плоскостей на южную сторону, т.е. наиболее эффективно широтное расположение жилых домов;

пассивное использование солнечной радиации возможно за счет восприятия и отдачи энергии при прямом улавливании лучей через остекленные проемы (окна, витражи, витрины) и косвенном, за счет массивов стен, крыш, ограждений зимних садов и т.п.;

активное использование солнечной радиации возможно за счет восприятия и передачи энергии специальными устройствами — гелиоколлекторами, солнечными фотоэлектрическими установками наземного использования и т.п.;

возможно устройство энергоактивных пристроек к реконструируемому зданию, конструкции и формы которых предназначены для создания оптимального восприятия солнечной энергии;

устройство интегрированных систем, использующих энергию солнца в различном временном сочетании, позволяет с большей эффективностью использовать альтернативную энергию в организации жилой среды;

архитектурное и конструктивное решение гелиоэнергоактивного (своими формами и конструкциями способного воспринимать солнечную энергию) здания зависит от технологии использования гелиосистем. Пластика решения фасадов определяет максимальную эффективность улавливания солнечных лучей;

энергоактивные здания с интеграцией систем, воспринимающих энергию солнца, позволяют значительно повысить эффективность гелиосистем для климатических условий средней полосы России.

Каковы же основные принципы, которых следует придерживаться при проектировании или реконструкции здания с возможностью использования строительных приемов альтернативного энергоснабжения?

Прежде всего, необходимо учитывать климат региона и метеоусловия конкретной местности строительства, условия освещенности солнечными лучами гелиополя. Проект обязательно должен учитывать условия энергосбережения, оптимального восприятия зданием солнечных лучей;

энерговоспринимающие части установок необходимо правильно ориентировать с учетом максимальной эффективности;

при проведении строительства и реконструкции жилых зданий с последующим использованием в них альтернативного энергообеспечения необходимо стремиться к созданию энергетически эффективного здания, теплопотери которого сведены к минимуму за счет оптимального объемно-планировочного решения и усиленной теплоизоляции. Предполагается экологический подход к созданию жилой среды;

рекомендуется интегрированное использование солнечных установок с подключением электрогенерирующих установок к электросети для сброса избыточной энергии и забора недостающей, т.е. предусматривать дублирующую систему;

развитие серийного производства, упрощение конструкции альтернативных систем может значительно снизить себестоимость энергии от альтернативных систем;

при проектировании солнечных систем для работы в климатических условиях средней полосы России необходимо стремиться к углу наклона гелиоколлектора 700 и возможности корректировки угла 2 раза в год в зависимости от летне-зимнего периода (400 — летом и 700 — зимой).

Ярким уральским примером стал дом, построенный в поселке Растущий Белоярского района. Специалисты УГТУ-УПИ, занимающиеся изучением природной энергии, создали его сами для себя. Из заброшенного коровника получился комфортабельный красивый дом общей площадью 2400 м2. 25% энергии для нужд дают ветряк мощностью 4 кВт и солнечные батареи.

В условиях Урала солнечную энергию целесообразно использовать там, где нет других источников питания, – говорит преподаватель кафедры электротехники Игорь Витальевич Кирпичников. – Пока это дорогое удовольствие. За 1 Вт нужно будет заплатить от

biofile.ru

Солнечная энергетика в России перестала быть экзотикой — Российская газета

Общая мощность солнечных электростанций (СЭС) в России на сегодня составляет чуть более 60 мегаватт. В то время как Китай стал мировым лидером в этом направлении - на конец прошлого года энергия, получаемая от солнечного света, составила 43 гигаватта, что в 700 раз больше, чем в нашей стране. Так ли необходимо России развивать солнечную энергетику, "РГ" спросила у экспертов.

В России, конечно, темпы ввода в строй новых электростанций, работающих на солнечной энергии, гораздо скромнее. Однако и в нашей стране этот вид производства энергии постепенно выходит из списка экзотических. Так, в начале февраля 2016 года солнечная электростанция начала свою работу в Чите, в декабре 2015 года СЭС были запущены в городах Орск и Абакан. Чуть раньше, в октябре 2015 года, Сахаэнерго приступило к эксплуатации трех солнечных электростанций в селах Якутии.

Основные объемы электричества на этих территориях все-таки дают традиционные источники, однако солнечная энергетика уже используется для освещения улиц, парков, с ее помощью "запитывают" придомовые фонари. Если же говорить не о солнечных электростанциях, а об отдельных солнечных панелях, так называемых фотоэлементах, то в последние годы их часто стали применять для подключения светофоров.

В ближайших планах реализация и других проектов. По крайней мере, в ходе нескольких конкурсов в 2013 и 2014 годах были одобрены планы строительства солнечных электростанций суммарной мощностью более 900 мегаватт.

Кроме этого, за последние годы был принят ряд серьезных решений по поддержке возобновляемой энергетики. Так, в 2013 и 2015 годах были внедрены механизмы стимулирования использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на оптовом и розничном рынках электрической энергии и мощности. Также законодательно установлены целевые показатели доли ВИЭ в потреблении электроэнергии: к 2024 году она должна составить 4,5 процента, что предполагает введение в эксплуатацию 6 гигаватт новых электростанций, работающих за счет ВИЭ.

И все же - стоит ли России гнаться за странами, расположенными ближе к экватору? По данным науки, поток солнечной энергии в средних широтах приблизительно в 1,5 раза меньше, чем, например, в том же Китае. Да и число солнечных дней в среднем в Поднебесной больше, чем на территории нашей страны.

Первенство Китая во многом вынужденное, прежде всего подчеркивает директор Фонда энергетического развития Сергей Пикин.

В Поднебесной с помощью дармовой солнечной энергии в первую очередь пытаются решить экологические проблемы, объясняет он. "Там очень много энергии получается с помощью сжигания угля, что, мягко говоря, наносит огромный экологический ущерб. Во вторую очередь развитие солнечной энергетики в этом регионе связано с замещением углеводородов, мазута, других видов топлива", - перечисляет эксперт.

И в серьезных масштабах России нет абсолютно никакого смысла гнаться за победителями. "Себестоимость солнечной энергии у нас выше, чем генерации на газе, например. Однако оправданный вариант развития все-таки существует - снабжение электроэнергией изолированных территорий, куда тянуть стандартные линии электропередач слишком сложно. Вот там строить солнечные электростанции намного выгоднее", - предлагает Сергей Пикин. И добавляет, что России стоит развивать ту же солнечную энергетику и с точки зрения отработки современных технологий. "Именно этим мы в принципе и занимаемся, и это абсолютно правильный путь развития", - считает он. И добавляет, что "надо обратить внимание и на ветер, который дает большую энергию чем солнце, так как дует круглосуточно".

rg.ru

Перспективы использования солнечной энергии для отопления дома в России

В статье рассмотрено использование солнечной энергии для отопления дома в России и по сравнению с использованием в Европе

Ключевые слова: солнечная энергия, отопление, Солнечные ресурсы

Хочу поблагодарить министерство высшего образования Ирака за постоянную поддержку

Введение

Актуальность.

С чем связан постоянный рост цен на энергию? Конечно, с колебанием и увеличением цен на нефть и газ на мировом рынке из-за истощения их запасов. Но ведь существуют альтернативные возобновляемые источники энергии, за которые не надо никому платить, которые не загрязняют окружающую среду и не истощаются – это ветер, солнце, тепло земли, тепло воздуха, морские волны и даже энергетический потенциал нашей планеты. Из всех видов альтернативных источников чаще всего используются солнечные батареи и ветрогенераторы, значительно реже — термальные источники и грунтовые теплообменники. Например, установка солнечных батарей для отопления дома поможет сократить на 70 % энергопотребление, а значит, и расходы из семейного бюджета.

Примерно треть источников энергии (уголь, нефть, газ) мы превращаем в тепло: большая часть этой энергии используется для отопления помещений и подогрева воды. Изменения климата и зависимость от ископаемых источников энергии, запасы которых заметно сократятся в ближайшие десятилетия, заставляют нас действовать быстро. Широкое применение солнечной энергии для отопления жилых домов уже сегодня показывает, как мы можем справиться с этой проблемой. Это означает не только использование новых стандартов при строительстве, но и то, что надо резко сократить потребление энергии в доме. Проведя продуманную перестройку дома и используя большую термическую гелиосистему, можно сократить расход тепла на четверть или даже на треть. Только при этом условии в будущем будет достаточно сырья (такого как древесина), чтобы покрыть оставшуюся потребность в энергии.

1. Использование солнечной энергии для отопления дома в России

Солнечные батареи для отопления дома устанавливаются на крышу, увеличивая её защитную функцию и, несомненно, придают дому высокотехнологичный и современный вид. Их можно устанавливать как сразу при строительстве дома, так и на дом давнишней постройки, принципиального значения это не имеет.

Монтаж солнечных батарей для отопления дома производится так же, как и Солнечные батареи для отопления можно использовать и на многоквартирных домах. То есть, специалист по окнам вполне может справиться с монтажом коллектора на крыше. Дальнейшую установку оборудования лучше доверить специалисту по отоплению и водоснабжению.

Надо сказать, что в современных солнечных батареях для отопления дома используется закаленное стекло и уплотнительные фланцы уникальной конструкции, поэтому они абсолютно устойчивы к погодным катаклизмам и механическим повреждениям.

Солнечная батарея для отопления дома — существенная экономия денег. Выясняя, сколько стоит солнечная батарея и будет ли вам выгодна её установка, следует учитывать различные факторы: ежедневную потребность в горячей воде, площадь и угол наклона крыши, освещенность крыши солнцем и т. д.

Чтобы не затрудняться с вычислением индивидуальных параметров, можно воспользоваться средними показателями: на 1 человека нужен 1 м² светопоглощающей поверхности. Определить параметры и сколько стоит солнечная батарея для отопления вашего дома, можно исходя из того, что на 10 кв. м теплого пола нужно установить 1 м² поверхности коллектора. [4]

Инсоляцию также можно учитывать по средним показателям для вашей местности. При средней инсоляции в 1000 кВт/ч на 1 м² в год, может быть получена энергия, как от сжигания 100 литров газа или других видов топлива.

Например, немецкий солнечный коллектор Roto Sunroof, довольно популярен в Европе. Его площадь — 2,13 м². Двух коллекторов достаточно для обеспечения горячей водой семьи из 4 человек, это примерно 2000 кВт/ч электроэнергии в год. Установка из трех коллекторов производит, соответственно, 3000 кВт/ч энергии. [1] Подсчитывая, сколько стоит солнечная батарея, следует исходить из необходимого и достаточного количества энергии для обеспечения вашего дома.

Если в доме установлено традиционное отопление, которое работает во время низкой солнечной активности и солнечная батарея, то энергией солнца перекрывается 70 % потребляемой энергии. Когда будете подсчитывать, во сколько вам обойдется солнечная батарея и стоит ли её покупать, учтите экономию своих расходов на электроэнергию на 70 %.

Рис. 1. Солнечные ресурсы России

Рис. 2. Солнечная радиация (кВт ч/м2 день)

Рост цен на энергоносители в России заставляет проявлять интерес к дешевым источникам энергии. Наиболее доступной является солнечная энергия. Энергия солнечной радиации, падающая на Землю в 10 000 раз превышает количество вырабатываемой человечеством энергии. Проблемы возникают в технологии сбора энергии и в связи с неравномерностью поступления энергии на гелиоустановки. Поэтому солнечные коллекторы и солнечные батареи применяются или совместно с аккумуляторами энергии или в качестве средства дополнительной подпитки для основной энергетической установки.

Страна у нас обширна и картина распределения солнечной энергии по ее территории весьма разнообразна (рис. 1 и 2.). [3]

Зоны максимальной интенсивности солнечного излучения (рис.2). На 1 квадратный метр поступает более 5 кВт/час. солнечной энергии в день.

По южной границе России от Байкала до Владивостока, в районе Якутска, на юге Республики Тыва и Республики Бурятия, как это не странно, за Полярным Кругом в восточной части Северной Земли.

Поступление солнечной энергии от 4 до 4,5 кВт/час на 1 кв. метр в день

Краснодарский край, Северный Кавказ, Ростовская область, южная часть Поволжья, южные районы Новосибирской, Иркутской областей, Бурятия, Тыва, Хакассия, Приморский и Хабаровский край, Амурская область, остров Сахалин, обширные территории от Красноярского края до Магадана, Северная Земля, северо-восток Ямало-Ненецкого АО.

От 2,5 до 3 кВт/час на кв. метр в день

По западной дуге — Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, восточная часть Чукотки и Камчатка.

От 3 до 4 кВт/час на 1 кв. метр в день

Наибольшую интенсивность (рис.3) поток энергии имеет в мае, июне и июле. В этот период в средней полосе России на 1 кв. метр поверхности приходится 5 кВт.час в день. Наименьшая интенсивность в декабре-январе, когда 1 кв. метр поверхности приходится 0,7 кВт/час в день.

Если установить солнечный коллектор под углом 30 градусов к поверхности, то можно обеспечить съем энергии в максимальном и минимальном режиме соответственно 4,5 и 1.5 кВт час на 1 кв. метр в день.

Рис.3. Распределение интенсивности солнечного излучения в средней полосе России по месяцам [5]

Исходя из приведенных данных можно рассчитать площадь плоских солнечных коллекторов, необходимую для обеспечения горячего водоснабжения семьи из 4-х человек в индивидуальном доме. Нагрев 300 литров воды от 5 градусов до 55 градусов в июне могут обеспечить коллекторы площадью 5,4 квадратного метра, в декабре 18 кв. метров. Если применить более эффективные вакуумные коллекторы, то требуемая площадь коллекторов снижается примерно вдвое.

Рис.4. Покрытие потребностей в ГВС на счет солнечной энергии [5]

На практике солнечные коллекторы желательно применять не в качестве основного источника ГВС, а в качестве устройства для подогрева воды, поступающей в отопительную установку. В этом случае расход топлива резко снижается. При этом обеспечивается бесперебойная подача горячей воды и экономия средств на ГВС и отопление дома, если это дом для постоянного проживания. На дачах, в летнее время, для получения горячей воды, применяются различные виды солнечных коллекторов. От коллекторов заводского изготовления до самодельных устройств, изготовленных из подручных материалов. Различаются они, прежде всего, по эффективности. Заводской эффективнее, но стоит дороже. Практически бесплатно можно сделать коллектор с теплообменником от старого холодильника.

В России установка солнечных коллекторов регламентируется РД 34.20.115–89 «Методические указания по расчету и проектированию систем солнечного обогрева», ВСН 52–86 «Установки горячего солнечного водоснабжения. Нормы проектирования». Имеются рекомендации по использованию нетрадиционных источников энергии в животноводстве, кормопроизводстве, крестьянских хозяйствах и сельском жилищном секторе, разработанные по заявке Минсельхоза в 2002 году. Действуют ГОСТ Р 51595 «Солнечные коллекторы. Технические требования», ГОСТ Р 51594 «Солнечная энергетика. Термины и определения». [2]

В этих документах довольно подробно описаны схемы применяемых солнечных коллекторов и наиболее эффективные способы их применения в различных климатических условиях.

2. Использование солнечной энергии для отопления дома в Европе

Европейцы широко применяют солнечные батареи в своих домах, ведь они экономичны и экологичны. Действительно, опыт продвинутых жителей Европы, которые, как известно, умеют считать деньги, стоит перенять и для отечественных домов.

В Германии государство дотирует затраты на установку солнечных коллекторов, поэтому их применение устойчиво растет. В 2006 году было установлено 1 миллион 300 тысяч квадратных метров коллекторов. Из этого количества примерно 10 % более дорогие и эффективные вакуумные коллекторы. Общая площадь установленных на сегодняшний день солнечных коллекторов составила примерно 12 миллионов квадратных метров.

В Европейских странах солнечные коллекторы для отопления используют в 50 % от общего количества установленных гелиосистем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку теплопотребление значительно превышает выработку энергии гелиосистемой в отопительный период.

Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком солнечных систем для поддержки отопления с суточным аккумулированием теплоты являются невозможность использовать излишки теплоты в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую систему крайне сложно реализовать на практике из-за необходимости установки огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Как правило, такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона с крышкой.

Заключение

Таким образом необходимо заметить, что проведенное исследование позволяет заключить:

Научиться использовать солнечную энергию для получения тепловой энергии люди пытались с древних времен.

Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 м.

Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был обычный деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода в нем нагревалась солнцем до 88°С.

В 1774г. великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит — за минуту.

Солнечный коллектор — один из самых простых способов использования энергии солнца, который не требует больших вложений, высоких технологий и большого уровня знаний.

Системы теплоснабжения на базе солнечных коллекторов совершенствуются во всем мире, чтобы сделать их объектом массового спроса.

Современное общество является свидетелем очередного глобального перехода на новые энергоносители, который начался приблизительно в начале 90-х годов прошлого века.

Определяющей характеристикой текущего этапа является его экологическая направленность, стремление избавиться от зависимости от ископаемых ресурсов, добыча и использование которых истощает и загрязняет природу.

Считается, что разработка источников альтернативной энергии все еще дело завтрашнего дня, на самом деле по отдельным направлениям в технической практике уже произошла тихая революция.

Одним из успешных направлений стала гелиоэнергетика.

Одним из ключевых направлений гелиоэнергетики является производство и эксплуатация солнечных коллекторов.

С помощью солнечных коллекторов можно обогревать помещения даже при минусовых температурах.

Коллекторы активно применяются во многих странах, отечественные потребители также начинают присматриваться к аккумулирующим солнечную радиацию установкам.

Литература:

1. Актуальные вопросы технических наук (II): международная заочная научная конференция (г. Пермь, февраль 2013 г.) / отв. ред.: Г. А. Кайнова. — Пермь: Меркурий, 2013. — 107 с.

2. Альтернативная энергетика и энергосбережение в регионах России: материалы научно-практического семинара, г. Астрахань, 14–16 апреля 2010 г. / Астраханский гос. ун-т, Акад. электротехнических наук Российской Федерации; сост. Л. Х. Зайнутдинова. — Астрахань: Астраханский ун-т, 2010. — 101 с.

3. Вестник Краснодарского регионального отделения Русского географического общества: сборник Вып. 7 / отв. ред.: И. Г. Чайка, Ю. В. Ефремов. — Краснодар, 2013–399 с.

4. Йе В. Исследование эффективности использования солнечной энергии для систем автономного энергоснабжения в Республике Союза Мьянма: диссертация... кандидата технических наук: 05.14.08 / Йе Вин; Место защиты: Нац. исслед. ун-т МЭИ. — Москва, 2013. — 155 с.

5. Курбатов, Н. Е. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: способы и устройства для преобразования энергии солнечного излучения [Текст] / Н. Е. Курбатов, Е. Н. Курбатов; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования «Забайкальский гос. ун-т» (ЗабГУ) Ч. 3. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: естественные среды в качестве аккумуляторов солнечной энергии. — Чита, 2012. — 154 с.

moluch.ru