сонячна енергетика

1. Сонячну енергетику найчастіше поділяють за напрямками
2. Сонячні панелі
3. Основні переваги сонячних панелей

Говорячи про сонячну енергетику, мають на увазі технології перетворення енергії сонячного світла в інші види енергії, такі як теплову та електричну.

Широко відомий той факт, що сонце випромінює величезну кількість енергії. За приблизними підрахунками авторитетних міжнародних організацій кількість енергії, яка споживається сьогодні людством, коливається на рівні 245 мільйонів барелей нафтового еквівалента на добу, а інтенсивність потоку сонячного випромінювання біля поверхні Землі, при перерахунку на всю поверхню, становить 1,74 * Е + 17 Вт.

Тобто, Сонце «відправляє» нам енергії приблизно в 10 500 разів більше, ніж ми сьогодні споживаємо. Обсяг сонячної енергії практично не вичерпаємо, тому очевидно, що такої кількості енергії нам вистачить на сотні і навіть тисячі років вперед! З урахуванням все більшого розуміння економічних, екологічних та інших проблем, пов'язаних з використанням традиційних енергоресурсів (вугілля, нафта, природний газ), інтерес до сонячної енергетики з кожним днем ​​зростає.

На сьогоднішній день (час написання статті 2011 год), коли в світовій економіці все відзначають істотний спад, галузь сонячної енергетики, одна з не багатьох, яка звітує про позитивну динаміку зростання. Причому показники ці досить вразливі і змусили здивуватися навіть скептиків сонячної енергетики. За останні 10 років щорічний середній темп зростання (CAGR) нових інсталяцій сонячних панелей в світі склав 50,4%, а загальний фонд встановлених батарей на кінець 2010 року наблизився до 39,5 ГВт.

Також цікавий прогноз, який надають експерти ринку на наступні 5 років. За даними Європейської фотоелектричної асоціації (EPIA), загальний фонд сонячних модулів на кінець 2015 року становитиме 195,9 ГВт, тобто збільшитися майже в 5 разів!

Сонячну енергетику найчастіше поділяють за напрямками

• геліотермальна енергетика, де нагрів теплоносія для опалення, ГВП та інших потреб відбувається за допомогою прямого перетворення сонячного випромінювання в теплову енергію;

• отримання електроенергії за допомогою теплових машин, нагрівання робочого тіла в яких, відбувається за рахунок сонячної енергії;

• перетворення сонячної енергії в електроенергію за допомогою сонячної панелі (сонячної батареї).

Сонячні панелі

Під сонячною панеллю розуміють набір, з'єднаних між собою фотомодулів. фотомодуль (Далі модуль) в свою чергу складається з фотоелементів або фотоелектричних перетворювачів (ФЕП).

Окремий фотоелектричний перетворювач - це напівпровідниковий прилад, що перетворює енергію фотонів (енергію світла) в електричну енергію. Перетворення енергії відбувається на рівні атомної будови тіла. Найбільш поширений матеріал для виготовлення ФЕП це кремній. Кожен окремий ФЕП здатний виробляти напругу порівняно малої величини (близько 0,5 В), тому окремі елементи збирають в модулі, а модулі в панелі.

Залежно від завдання енергопостачання використовуються різні схеми комутації сонячних панелей. Наприклад, для зарядки мобільного телефону одна, для роботи автономного освітлення інша, для роботи електромережі будівлі і роботи з «зеленим тарифом» третя і т.д. ( «Зелений тариф» - це спеціальний тариф, за яким державою закуповується електрична енергія, вироблена на об'єктах електроенергетики, що використовують альтернативні джерела енергії).

В результаті перетворення енергії світла сонячна панель на своєму виході генерує постійне електричну напругу для роботи в системах з номінальною напругою, як правило, 12, 24 або 48 вольт.

Хоча внутрішні електронні схеми багатьох споживачів електроенергії (телевізор, комп'ютер, музичний центр та інші) працюють на постійній напрузі (і для роботи мають вбудовані блоки живлення), все ж на сьогоднішній день, в «звичайної» електричної мережі змінна напруга, і всі прилади адаптовані для харчування від мережі зі змінним напругою. 220 вольт для однофазної мережі, або 380 вольт для трьох фазної мережі. Тому одних сонячних панелей, з постійною напругою, для повноцінного забезпечення електроенергією мало. додатково необхідний інвертор - електронний пристрій, який перетворює постійний струм в перемінний.

Сонячна панель виробляє електроенергію при попаданні чи не її поверхню світла, тобто, в темний час доби сонячна панель «відпочиває». Але, як правило, нам необхідна електроенергія «круглі» добу, тому в систему сонячних панелей вводитися блок акумуляторних батарей . За своїм призначенням він виконує ту ж функцію, що і акумулятор в автомобілі або «батарейка» в мобільному телефоні, накопичує електроенергію в момент її надлишку, і віддає в момент її нестачі.

Заряд акумуляторної батареї від сонячної панелі, вимагає дотримання певного алгоритму. Для управління процесом зарядки акумуляторів, використовується електронний пристрій - контролер заряду .

Типова схема підключення сонячної панелі виглядає наступним чином.

Для зменшення капітальних вкладень в систему на сонячних панелях, необхідно використовувати електрообладнання з високою енергоефективністю. При виборі побутових електроприладів необхідно звертати особливу увагу на клас енергоефективності. Наприклад, для освітлення можна використовувати світлодіодні лампи, які в 10 разів ефективніше ламп розжарювання, і більш ніж в 2 рази ефективніше енергозберігаючих люмінесцентних ламп.

Максимальну ефективність сонячні панелі мають при «падінні» сонячних променів перпендикулярно до поверхні модуля. Так як сонце весь час «переміщається» по небу, для ефективного використання панелі можливе застосування пристроїв стеження і повороту панелі до сонця.

Приклад панелі без системи стеження ( «жорстко укріпленої»)

Приклад панелі з системою стеження (повороту) «за Сонцем»

При установці сонячних панелей, необхідно знати основні характеристики ФЕП і особливості роботи системи на сонячних панелях. Залежно від матеріалу і технології виготовлення, ФЕП відрізняються коефіцієнтом корисної дії (ККД), стійкістю до підвищення температури, габаритами, і звичайно ж вартістю.

Сьогодні оптимальними для застосування і найпоширенішими є ФЕП з моно- і полі-кристалічного кремнію, хоча є й інші варіанти вирішення (панелі на аморфному кремнії, тонкоплівкові панелі, нанокристалічні панелі і інші).

Стосовно до сонячної панелі, ККД - це параметр, який показує яка частина енергії світлового потоку перетворюється в електричну. Для різних регіонів України, річна сумарна енергія світлового потоку, на одиницю площі різна і коливається від 1000 до 1350 кВт • год / м? для горизонтальної поверхні. Показник ККД у сонячних панелей (на час написання статті) становить близько 14%. Цей параметр буде впливати на сумарну площу панелей, і як наслідок на площу, яка буде «покрита» панелями.

Наприклад, якщо ККД сонячної панелі становить 12% і висвітлюється світловим потоком інтенсивністю 1100 Вт / м2, то вихідна потужність цієї панелі складе 1100 Вт / м2 * 0,12 = 132 Вт з 1 м2 площі сонячної панелі.
Стійкість ФЕП до підвищеної температури на увазі збереження сонячною панеллю вихідних характеристик (напруги, струму) зі збільшенням температури. Робочі параметри панелі розраховуються при температурі навколишнього середовища 25 ° С, зі збільшенням цього параметра електричні характеристики і термін служби ФЕП змінюються. І якщо ми говоримо про тривалому терміні експлуатації в умовах з реальною температурою вище, ніж 25 ° С, то цим параметром нехтувати не можна.

До особливостей роботи системи також відноситься місце і спосіб установки панелей. Ці деталі впливають на кількість обладнання і інтенсивність сонячного світла для конкретного модуля. Крім того, кількість і модель пристроїв в системі сонячного електропостачання, залежить від призначення об'єкта та споживача, якому необхідно забезпечити електропостачання. Наприклад, можуть бути варіанти: житловий будинок, виробничий об'єкт, сільськогосподарський об'єкт, об'єкти, що вимагають енергії більше в денний або нічний час.

З урахуванням всіх перерахованих факторів необхідно мати на увазі, що установка і розрахунок системи сонячних панелей (батарей) повинна проводитися фахівцем.

Основні переваги сонячних панелей

Висока надійність. Конструкція на сонячних панелях не має механічних, рухомих частин, внаслідок чого має високий запас надійності, що підтверджується використанням в місцях, де ремонт практично неможливий - космічних системах, та ін.

Мінімальні експлуатаційні витрати. Після монтажу сонячні панелі, не вимагають великої уваги, регламентних робіт і сервісного обслуговування. Це дозволяє використовувати панелі в важкодоступних місцях, де обслуговування або дорого, або проводити не можна.

Екологічна чистота. При роботі сонячних панелей немає ніяких шкідливих викидів і відходів. Сонячні панелі працюю безшумно.

Термін експлуатації. На сьогоднішній день, термін служби сонячних панелей доведений до 20-25 років.

Простота установки. Монтаж системи досить простий. Зміна вихідної потужності досягається простим додаванням або демонтажем модулів. Іншими словами, є можливість поступового збільшення потужності в міру необхідності і наявності фінансової можливості.

З відомих причин, інтерес до сонячних панелей зростає з кожним роком, звідси і намагання виробників забезпечити ринок. Як відзначають аналітики, сьогодні обсяги виробництва не відповідають потребам, і хоча виробничі потужності збільшуються з кожним роком, вартість сонячної панелі економічно цікава поки не у всіх країнах. Виробники прагнуть оптимізувати вартість витрат на виготовлення сонячних панелей, а зростаючий попит сприяє «зближення» процесів виробництва і купівлі.

На практиці, при визначенні оціночної вартості сонячної панелі, кажуть про вартість за 1 Ватт електричної потужності. Розуміючи, що якщо 1 Ватт варто умовно 2 US $, то панель потужність 10 Ватт коштує близько 20 US $, а панель потужністю 100 Ватт близько 200 US $. Вартість сонячної панелі постійно зменшується, з динамікою 50 US $ / Ватт в 70-і роки, до 1,5 US $ / Ватт на момент написання статті. Очевидно, що вартість сонячної панелі буде продовжувати зменшуватися.

Так як вся система на сонячних панелях складається не тільки з самих панелей, а ще містить пристрої, згадані вище, то і вартість всієї установки вище. На сьогодні монтаж об'єкту «під ключ» в Україні становить приблизно 4-5 US $ за 1 Ватт.

Так як зі зменшенням потужності споживачів, зменшується потужність і вартість системи електропостачання на сонячних панелях, ефективно розглядати роботу сонячних панелей з енергозберігаючим обладнанням, наприклад застосовувати світлодіодні лампи для освітлення, теплові насоси для опалення та індукційні печі для приготування їжі.

Як уже зазначалося, цифри відображають сьогодні характеристики розвитку сонячної енергетики стабільно ростуть. Сонячна панель давно перестала бути терміном вузького кола технічних фахівців і сьогодні про сонячну енергетику не тільки говорять, а й отримують прибуток від реалізованих проектів.

У вересні 2008 року було завершено будівництво сонячної електростанції розташованої в Іспанському муніципалітеті Ольмеділья-де-Аларкон. Пікова потужність електростанції Olmedilla досягає 60 МВт.

Сонячна станція Olmedilla

У Німеччині експлуатується сонячна станція Waldpolenz, яка знаходиться в Саксонії, в районі міст Брандіс і Бенневіц. Пікова потужність цієї станції становить 40 МВт, завдяки чому вона входить до числа найбільших сонячних електростанцій світу.

Сонячна станція Waldpolenz

Несподівано для багатьох, хорошими новинами початку радувати і Україна. Згідно з даними ЄБРР, Україна вже найближчим часом може зайняти місце лідера серед екологічно чистих економік Європи, особливо стосовно ринку сонячної енергії, який є одним з найбільш перспективних ринків поновлюваних джерел енергії.

В даний момент, найбільша сонячна електростанція Європи розташовується саме на Україні, і планується, що ринок сонячної енергії України щороку зростатиме на 90% до 2015 року. До того ж, Енергетична стратегія України розраховує досягти до 20% виробництва енергії з поновлюваних джерел до 2020 року, а український пільговий тариф по відношенню до альтернативної енергії майже в два рази перевершує тариф деяких країн «великої вісімки».

Станція «Охотникове» (АР Крим) загальною потужністю 80 МВт побудована на базі полікристалічних сонячних панелей, розташована більш ніж на 160 гектарах і складається з приблизно 360 000 модулів. Сонячний парк «Охотникове» вироблятиме 100 000 МВт-годин електроенергії на рік і зможе скоротити викиди вуглекислого газу до 80 000 тонн на рік. Дана сонячна електростанція зможе задовольнити потреби в електроенергії близько 20 000 домогосподарств.

СЕС «Охотникове» потужністю 80 МВт (АР Крим)

Станція «Перово» (АР Крим) потужністю 100 МВт реалізована в 2011 році і є однією з найбільших у своєму роді в світі. Сонячна електростанція складається з 440 тисяч кристалічних сонячних фотоелектричних модулів, з'єднаних 1500 км кабелю, і встановлених на понад 200 га площі, що становить близько 259 футбольних полів. Установка буде виробляти 132500 МВт * год чистої електроенергії на рік, що достатньо для задоволення планової пікової потреб в електроенергії Сімферополя, столиці Криму. Станція дозволяє скоротити викиди CO2 на 105 тисяч тонн на рік. У будівництві станції були використані основні компоненти, включаючи сонячні модулі та інвертори, від провідних європейських і азіатських виробників.

СЕС «Перово» потужністю 100 МВт (АР Крим)

Ознайомтеся з готовими комплектами сонячних електростанцій >>