Процесът, който генерира слънчева енергия. Принципът на преобразуване на слънчевата енергия, неговото приложение и перспективи

Всеки ден количеството на световните запаси от въглища, нефт, газ, тоест всичко, което днес ни служи като източник на енергия, намалява. И в близко бъдеще човечеството ще стигне до момента, в който просто няма да останат изкопаеми горива. Затова всички страни активно търсят спасение от катастрофата, която бързо ни приближава. И първото средство за спасение, за което се сещаме, разбира се, е енергията на слънцето, която хората от незапомнени времена са използвали за сушене на дрехи, осветление на дома и готвене. Това породи една от областите на алтернативната енергия - слънчевата енергия.

Източникът на енергия за слънчевата енергия е енергията на слънчевата светлина, която се преобразува в топлина или електричество с помощта на специални структури. Според експертите само за една седмица земната повърхност получава количество енергия от слънцето, което надвишава енергията на световните запаси от всички видове горива. И въпреки че темповете на развитие на тази област на алтернативната енергия непрекъснато нарастват, слънчевата енергия все още има не само предимства, но и недостатъци.

Ако основните предимства включват достъпност и най-важното неизчерпаемостта на източника на енергия, тогава недостатъците включват:

• необходимостта от натрупване на енергия, получена от слънцето,
• значителна цена на използваното оборудване,
• зависимост от метеорологичните условия и времето на деня,
• повишаване на атмосферната температура над електроцентралите и др.

Числени характеристики на слънчевата радиация

Има такъв показател като слънчевата константа. Стойността му е 1367 W. Точно толкова е енергията на 1 кв.м. планетата Земя. Но поради атмосферата, около 20-25% по-малко енергия достига повърхността на земята. Следователно стойността на слънчевата енергия на квадратен метър, например, на екватора е 1020 W. И като се вземе предвид смяната на деня и нощта, промяната на ъгъла на слънцето над хоризонта, тази цифра намалява около 3 пъти.

Но откъде идва тази енергия? Учените за първи път започнаха да изучават този въпрос през 19 век и версиите бяха напълно различни. Днес, в резултат на огромен брой изследвания, е надеждно известно, че източникът на слънчева енергия е реакцията на превръщане на 4 водородни атома в хелиево ядро. В резултат на този процес се освобождава значително количество енергия. Например енергията, отделена при трансформацията на 1 g. водород е сравнима с енергията, отделена при изгарянето на 15 тона бензин.

Преобразуване на слънчева енергия

Вече знаем, че получената от слънцето енергия трябва да се преобразува в някаква друга форма. Необходимостта от това възниква поради факта, че човечеството все още не разполага с такива устройства, които биха могли да консумират слънчева енергия в чист вид. Поради това бяха разработени източници на енергия като слънчеви колектори и слънчеви панели. Ако първият се използва за генериране на топлинна енергия, то вторият произвежда директно електричество.

Има няколко начина за преобразуване на слънчева енергия:

• фотоволтаици;
• топлинна въздушна енергия;
• слънчева топлинна енергия;
• използване на слънчеви балонни електроцентрали.

Най-разпространеният метод е фотоволтаиците. Принципът на това преобразуване е използването на фотоволтаични слънчеви панели или както още ги наричат ​​слънчеви панели, чрез които слънчевата енергия се преобразува в електрическа. По правило такива панели са изработени от силиций, а дебелината на работната им повърхност е само няколко десети от милиметъра. Те могат да бъдат поставени навсякъде, има само едно условие - наличието на голямо количество слънчева светлина. Отлична възможност за монтаж на фото плаки върху покриви на жилищни и обществени сгради.

В допълнение към обсъдените по-горе фотографски плаки, тънкослойните панели се използват за преобразуване на енергията на слънчевата радиация. Те се отличават с още по-малката си дебелина, което им позволява да бъдат монтирани навсякъде, но съществен недостатък на такива панели е ниската им ефективност. Поради тази причина тяхното инсталиране ще бъде оправдано само за големи площи. Просто за забавление, тънкослойният панел може дори да се постави на кутия за лаптоп или на ръчна чанта.

При топлинната въздушна енергия слънчевата енергия се преобразува в енергията на въздушния поток, който след това се изпраща към турбогенератор. Но в случай на използване на слънчеви балонни електроцентрали, водната пара се генерира вътре в балона. Този ефект се постига чрез нагряване на повърхността на балона, върху която е нанесено селективно абсорбиращо покритие, от слънчева светлина. Основното предимство на този метод е достатъчното количество пара, което е достатъчно, за да продължи работата на електроцентралата при лошо време и през нощта.

Принципът на слънчевата енергия е да нагрява повърхност, която абсорбира слънчевите лъчи и ги фокусира за последващо използване на получената топлина. Най-простият пример е водата за отопление, която след това може да се използва за битови нужди, например да се подава към канализацията или батериите, като същевременно се пести газ или друго гориво. В индустриален мащаб енергията на слънчевата радиация, получена по този метод, се преобразува в електрическа енергия с помощта на топлинни двигатели. Изграждането на такива комбинирани електроцентрали може да продължи над 20 години, но темповете на развитие на слънчевата енергия не намаляват, а напротив, непрекъснато нарастват.

Къде може да се използва слънчевата енергия?

Слънчевата енергия може да се използва в напълно различни области - от химическата промишленост до автомобилната индустрия, от готвене до отопление на помещения. Например, използването на слънчеви панели в автомобилната индустрия датира от 1955 г. Тази година беше белязана от пускането на първата кола, работеща със слънчеви батерии. Днес BMW, Toyota и други големи компании произвеждат такива автомобили.

В ежедневието слънчевата енергия се използва за отопление на помещения, за осветление и дори за готвене. Например слънчеви пещи от фолио и картон, по инициатива на ООН, се използват активно от бежанци, които са били принудени да напуснат домовете си поради трудната политическа ситуация. По-сложните слънчеви пещи се използват за термична обработка и топене на метали. Една от най-големите такива пещи се намира в Узбекистан.

Най-интересните изобретения за използване на слънчева енергия включват:

• Защитен калъф за телефон с фотоклетка, който е и зарядно.
• Раница с прикрепен към нея соларен панел. Ще ви позволи да зареждате не само телефона, но и таблета и дори фотоапарата си, изобщо всякаква електроника, която има USB вход.
• Соларни Bluetooth слушалки.

И най-креативната идея са дрехите, изработени от специална тъкан. Сако, вратовръзка и дори бански костюм - всичко това може да стане не само елемент от гардероба ви, но и зарядно устройство.

Развитие на алтернативната енергия в страните от ОНД

Алтернативната енергия, включително слънчевата, се развива с висока скорост не само в САЩ, Европа или Индия, но и в страните от ОНД, включително Русия, Казахстан и особено Украйна. Например в Крим е построена най-голямата слънчева електроцентрала в бившия Съветски съюз - Перово. Строителството му е завършено през 2011 г. Тази електроцентрала стана третият иновативен проект на австрийската компания Activ Solar. Пиковата мощност на Перово е около 100 MW.

А през октомври същата година Activ Solar пусна друга слънчева електроцентрала - Охотниково, също в Крим. Мощността му беше 80 MW. Охотниково също получи статут на най-големия, но в Централна и Източна Европа. Можем да кажем, че алтернативната енергия в Украйна направи огромна крачка към безопасна и неизчерпаема енергия.

В Казахстан ситуацията изглежда малко по-различна. По принцип развитието на алтернативната енергия в тази страна се случва само на теория. Републиката има огромен потенциал, но той все още не е напълно реализиран. Разбира се, правителството се занимава с този въпрос и дори е разработен план за развитие на алтернативна енергия в Казахстан, но делът на енергията, получена от възобновяеми източници, по-специално от слънцето, ще бъде не повече от 1% в общия енергиен баланс на страната. До 2020 г. се предвижда да бъдат пуснати само 4 слънчеви електроцентрали, чиято обща мощност ще бъде 77 MW.

Алтернативната енергетика в Русия също се развива със значителни темпове. Но, както каза заместник-министърът на енергетиката, фокусът в тази област е основно върху регионите на Далечния изток. Например в Якутия общото производство на 4 слънчеви електроцентрали, работещи в най-отдалечените северни села, възлиза на повече от 50 хиляди kWh. Това позволи спестяване на повече от 14 тона скъпо дизелово гориво. Друг пример за използване на слънчева енергия е изграждащият се многофункционален авиационен комплекс в района на Липецк. Електричеството за работата му ще се генерира от първата слънчева електроцентрала, построена също в района на Липецк.

Всичко това ни позволява да направим следния извод: днес всички страни, дори и не най-развитите, се стремят да се доближат възможно най-близо до заветната цел: използването на алтернативни източници на енергия. В края на краищата потреблението на електроенергия нараства всеки ден, а количеството вредни емисии в околната среда се увеличава всеки ден. И мнозина вече разбират, че нашето бъдеще и бъдещето на нашата планета зависи само от нас.

Р. Абдулина

Украйна разчита на слънчевата енергия

Хората вече не могат да си представят живота без електричество и всяка година нуждата от енергия нараства все повече и повече, докато запасите от енергийни ресурси като нефт, газ и въглища бързо намаляват. Човечеството няма други възможности, освен да използва алтернативни източници на енергия. Един от начините за генериране на електричество е преобразуването на слънчевата енергия с помощта на фотоклетки. Хората научиха, че е възможно да се използва слънчева енергия сравнително отдавна, но започнаха да я развиват активно едва през последните 20 години. През последните години, благодарение на продължаващите изследвания, използването на нови материали и креативни дизайнерски решения, беше възможно значително да се увеличи производителността на слънчевите панели. Мнозина смятат, че в бъдеще човечеството ще може да се откаже от традиционните методи за производство на електроенергия в полза на слънчевата енергия и да я получи с помощта на слънчеви електроцентрали.

Слънчева енергия

Слънчевата енергия е един от източниците за производство на електроенергия по нетрадиционен начин, поради което се класифицира като алтернативен източник на енергия. Слънчевата енергия използва слънчевата радиация и я преобразува в електричество или други форми на енергия. Слънчевата енергия е не само екологичен източник на енергия, защото... При преобразуването на слънчевата енергия не се отделят вредни странични продукти, но слънчевата енергия също е самовъзобновяващ се източник на алтернативна енергия.

Как работи слънчевата енергия

Теоретично не е трудно да се изчисли колко енергия може да се получи от потока на слънчевата енергия; отдавна е известно, че след като измине разстоянието от Слънцето до Земята и падне върху повърхност с площ от 1 m² под ъгъл 90° слънчевият поток на входа на атмосферата носи енергиен заряд, равен на 1367 W/m², това е така наречената слънчева константа. Това е идеален вариант при идеални условия, които, както знаем, са практически невъзможни за постигане. Така, след преминаване през атмосферата, максималният поток, който може да се получи, ще бъде на екватора и ще бъде 1020 W/m², но средната дневна стойност, която можем да получим, ще бъде 3 пъти по-малка поради смяната на деня и нощта и промяната в ъгъла на падане на слънчевия поток. А в умерените ширини смяната на деня и нощта също е придружена от промяна на сезоните, а с това и промяна в продължителността на дневните часове, така че в умерените ширини количеството получена енергия ще бъде намалено още 2 пъти.

Разработване и разпространение на слънчева енергия

Както всички знаем, през последните няколко години развитието на слънчевата енергия набира скорост всяка година, но нека се опитаме да проследим динамиката на развитие. През 1985 г. глобалният слънчев капацитет беше само 0,021 GW. През 2005 г. те вече възлизат на 1,656 GW. 2005 г. се счита за повратна точка в развитието на слънчевата енергия; от тази година хората започнаха да проявяват активен интерес към изследването и развитието на електрически системи, захранвани от слънчева енергия. По-нататъшната динамика не оставя съмнение (2008-15,5 GW, 2009-22,8 GW, 2010-40 GW, 2011-70 GW, 2012-108 GW, 2013-150 GW, 2014-203 GW). Страните от Европейския съюз и Съединените щати държат палмата в използването на слънчева енергия, като само в САЩ и Германия в производствената и оперативната сфера са заети над 100 хиляди души. Също така Италия, Испания и, разбира се, Китай могат да се похвалят с постиженията си в развитието на слънчевата енергия, която, ако не е лидер в експлоатацията на слънчеви клетки, е начинът, по който производителят на слънчеви клетки увеличава темпото на производство от година след година.

Предимства и недостатъци на използването на слънчева енергия

Предимства: 1) екологичност - не замърсява околната среда; 2) наличност - фотоклетките се предлагат за продажба не само за промишлена употреба, но и за създаване на частни мини слънчеви електроцентрали; 3) неизчерпаемост и самовъзобновяемост на енергийния източник; 4) постоянно намаляващи разходи за производство на електроенергия.
недостатъци: 1) влиянието на метеорологичните условия и времето на деня върху производителността; 2) за да се пести енергия, е необходимо да се натрупва енергия; 3) по-ниска производителност в умерените ширини поради смяната на сезоните; 4) значително нагряване на въздуха над слънчевата централа; 5) необходимостта от периодично почистване на повърхността на фотоклетките от замърсяване и това е проблематично поради огромните площи, заети от инсталирането на фотоклетки; 6) можем също да говорим за относително високата цена на оборудването, въпреки че всяка година цената намалява, засега няма нужда да говорим за евтина слънчева енергия.

Перспективи за развитие на слънчевата енергетика

Днес се предвижда голямо бъдеще за развитието на слънчевата енергия, всяка година се изграждат все повече и повече нови слънчеви електроцентрали, които удивляват със своя мащаб и технически решения. Също така научните изследвания, насочени към повишаване на ефективността на фотоклетките, не спират. Учените са изчислили, че ако покрием сушата на планетата Земя с 0,07%, с ефективност на фотоклетките от 10%, тогава ще има достатъчно енергия за повече от 100% задоволяване на всички нужди на човечеството. Днес вече се използват фотоклетки с ефективност 30%. Според данните от изследванията е известно, че амбициите на учените обещават да го доведат до 85%.

Слънчеви електроцентрали

Слънчевите електроцентрали са структури, чиято задача е да преобразуват потоците от слънчева енергия в електрическа. Размерите на слънчевите електроцентрали могат да варират, вариращи от частни мини електроцентрали с няколко соларни панела до огромни, заемащи площ от над 10 km².

Какви видове слънчеви електроцентрали има?

От изграждането на първите слънчеви електроцентрали е минало доста време, през което са реализирани много проекти и са приложени много интересни дизайнерски решения. Обичайно е всички слънчеви електроцентрали да се разделят на няколко вида:
1. Слънчеви електроцентрали тип кула.
2. Слънчеви електроцентрали, където слънчевите панели са фотоволтаични клетки.
3. Ястие слънчеви електроцентрали.
4. Параболични слънчеви електроцентрали.
5. Слънчеви електроцентрали от слънчево-вакуумен тип.
6. Слънчеви електроцентрали от смесен тип.

Слънчеви електроцентрали тип кула

Много често срещан тип дизайн на електроцентрали. Това е висока кула отгоре с резервоар с вода, боядисан в черно, за да привлича по-добре отразената слънчева светлина. Около кулата има големи огледала с площ над 2 m², разположени в кръг, всички те са свързани с единна система за управление, която следи промяната в ъгъла на огледалата, така че винаги да отразяват слънчевата светлина и да я насочват право до резервоара за вода, разположен на върха на кулата. Така отразената слънчева светлина загрява водата, която образува пара, след което тази пара се подава към турбогенератора с помощта на помпи, където се генерира електричество. Температурата на нагряване на резервоара може да достигне 700 °C. Височината на кулата зависи от размера и мощността на слънчевата централа и по правило започва от 15 м, като височината на най-голямата днес е 140 м. Този тип слънчева централа е много разпространена и е предпочитана от много страни заради високата си ефективност от 20%.

Слънчеви електроцентрали тип фотоклетка

Фотоклетките (слънчеви батерии) се използват за преобразуване на слънчевия поток в електричество. Този тип електроцентрали станаха много популярни поради възможността за използване на слънчеви панели в малки блокове, което позволява използването на слънчеви панели за осигуряване на електричество както на частни домове, така и на големи промишлени съоръжения. Освен това ефективността нараства всяка година и днес вече има фотоклетки с ефективност от 30%.

Параболични слънчеви електроцентрали

Този тип слънчева електроцентрала изглежда като огромни сателитни чинии, чиято вътрешност е покрита с огледални плочи. Принципът, по който се осъществява преобразуването на енергията, е подобен на кулостанциите с малка разлика: параболичната форма на огледалата определя, че слънчевите лъчи, отразени от цялата повърхност на огледалото, се концентрират в центъра, където се намира приемникът с течност, която се нагрява, образувайки пара, която от своя страна Опашката е движещата сила за малките генератори.

Плочести слънчеви електроцентрали

Принципът на работа и методът на генериране на електричество са идентични с куловите и параболичните слънчеви електроцентрали. Единствената разлика са характеристиките на дизайна. Стационарна структура, малко като гигантско метално дърво, държи кръгли плоски огледала, които концентрират слънчевата енергия върху приемник.

Слънчеви електроцентрали от слънчево-вакуумен тип

Това е много необичаен начин за използване на слънчевата енергия и температурните разлики. Структурата на електроцентралата се състои от кръгъл парцел със стъклен покрив с кула в центъра. Кулата е куха отвътре, в основата й има няколко турбини, които се въртят благодарение на въздушния поток, възникващ от температурната разлика. Чрез стъкления покрив слънцето загрява земята и въздуха в помещението, а сградата комуникира с външната среда чрез тръба и тъй като температурата на въздуха извън помещението е много по-ниска, се създава въздушна тяга, която се увеличава с повишаване на температурата разлика. Така през нощта турбините генерират повече електроенергия, отколкото през деня.

Смесени слънчеви електроцентрали

Това е, когато слънчевите електроцентрали от определен тип използват, например, слънчеви колектори като спомагателни елементи за осигуряване на обекти с топла вода и топлина, или е възможно да се използват секции от фотоклетки едновременно в електроцентрала тип кула.

Слънчевата енергия се развива с високи темпове, хората най-после сериозно се замислиха за алтернативни източници на енергия, за да предотвратят неизбежно наближаващата енергийна криза и екологична катастрофа. Въпреки че лидери в слънчевата енергия все още са САЩ и Европейския съюз, всички останали световни сили постепенно започват да възприемат и използват опита и технологиите за производство и използване на слънчеви електроцентрали. Няма съмнение, че рано или късно слънчевата енергия ще стане основният източник на енергия на Земята.

Слънцето е неизчерпаем, екологично чист и евтин източник на енергия. Според експертите количеството слънчева енергия, което достига земната повърхност през седмицата, надвишава енергията на всички световни запаси от нефт, газ, въглища и уран 1 . Според акад. Ж.И. Алферова, „човечеството има надежден естествен термоядрен реактор - Слънцето. Това е звезда от клас "F-2", много средна, от която има до 150 милиарда в Галактиката. Но това е нашата звезда и тя изпраща огромни сили на Земята, чиято трансформация прави възможно задоволяването на почти всички енергийни нужди на човечеството в продължение на много стотици години. Освен това слънчевата енергия е „чиста“ и няма отрицателно въздействие върху екологията на планетата 2.

Важен момент е фактът, че суровината за производството на соларни клетки е един от най-разпространените елементи – силицият. В земната кора силицият е вторият елемент след кислорода (29,5% от масата) 3 . Според много учени силицият е „петролът на двадесет и първи век”: за 30 години един килограм силиций във фотоволтаична централа произвежда толкова електричество, колкото 75 тона масло в топлоелектрическа централа.

Някои експерти обаче смятат, че слънчевата енергия не може да се нарече екологична, поради факта, че производството на чист силиций за фотобатерии е много „мръсно“ и много енергоемко производство. Заедно с това изграждането на слънчеви електроцентрали изисква отделянето на обширни терени, сравними по площ с резервоарите на водноелектрическите централи. Друг недостатък на слънчевата енергия според експертите е високата волатилност. Осигуряването на ефективна работа на енергийната система, чиито елементи са слънчеви електроцентрали, е възможно при условие, че:
- наличието на значителни резервни мощности, използващи традиционни енергийни източници, които могат да бъдат свързани през нощта или в облачни дни;
- извършване на мащабна и скъпа модернизация на електрическите мрежи 4.

Въпреки този недостатък, слънчевата енергия продължава да се развива по целия свят. На първо място, поради факта, че лъчистата енергия ще поевтинее и след няколко години ще се превърне в значителен конкурент на петрола и газа.

В момента в света има фотоволтаични инсталации, преобразуване на слънчевата енергия в електрическа въз основа на метода на директно преобразуване, и термодинамични инсталации, при който слънчевата енергия първо се преобразува в топлина, след това се преобразува в механична енергия в термодинамичния цикъл на топлинен двигател и се преобразува в електрическа енергия в генератор.

Слънчевите клетки като източник на енергия могат да се използват:
- в индустрията (авиационна индустрия, автомобилна индустрия и др.),
- в селското стопанство,
- в битовата сфера,
- в строителната индустрия (например еко къщи),
- в слънчеви електроцентрали,
- в автономни системи за видеонаблюдение,
- в автономни осветителни системи,
- в космическата индустрия.

Според Института за енергийна стратегия теоретичният потенциал на слънчевата енергия в Русия е повече от 2300 милиарда тона стандартно гориво, икономическият потенциал е 12,5 милиона тона еквивалентно гориво. Потенциалът на слънчевата енергия, постъпваща на територията на Русия за три дни, надвишава енергията на цялото годишно производство на електроенергия у нас.
Поради местоположението на Русия (между 41 и 82 градуса северна ширина) нивото на слънчевата радиация варира значително: от 810 kWh/m2 годишно в отдалечените северни райони до 1400 kWh/m2 годишно в южните райони. Нивото на слънчевата радиация също се влияе от големите сезонни колебания: при ширина от 55 градуса слънчевата радиация през януари е 1,69 kWh/m2, а през юли - 11,41 kWh/m2 на ден.

Потенциалът на слънчевата енергия е най-голям на югозапад (Северен Кавказ, Черно и Каспийско море) и в Южен Сибир и Далечния изток.

Най-обещаващите региони по отношение на използването на слънчева енергия: Калмикия, Ставрополски край, Ростовска област, Краснодарски край, Волгоградска област, Астраханска област и други региони на югозапад, Алтай, Приморие, Читинска област, Бурятия и други региони на югоизток . Освен това някои райони на Западен и Източен Сибир и Далечния изток надвишават нивото на слънчева радиация в южните райони. Например в Иркутск (52 градуса северна ширина) нивото на слънчева радиация достига 1340 kWh/m2, докато в Република Якутия-Саха (62 градуса северна ширина) тази цифра е 1290 kWh/m2. 5

В момента Русия разполага с напреднали технологии за преобразуване на слънчевата енергия в електрическа. Има редица предприятия и организации, които са разработили и подобряват технологиите за фотоелектрически преобразуватели: както върху силициеви, така и върху многопреходни структури. Има редица разработки в използването на концентриращи системи за слънчеви електроцентрали.

Законодателната рамка за подкрепа на развитието на слънчевата енергия в Русия е в начален стадий. Първите стъпки обаче вече са направени:
- 3 юли 2008 г.: Постановление на правителството № 426 „За квалификацията на производствено съоръжение, работещо на базата на използване на възобновяеми енергийни източници“;
- 8 януари 2009 г.: Заповед на правителството на Руската федерация № 1-r „За основните насоки на държавната политика в областта на подобряването на енергийната ефективност на електроенергийната индустрия въз основа на използването на възобновяеми енергийни източници за периода до 2020 г.”

Бяха одобрени цели за увеличаване на дела на възобновяемите енергийни източници в общото ниво на енергийния баланс на Русия съответно до 2,5% и 4,5% до 2015 г. и 2020 г. 6 .

Според различни оценки в момента в Русия общият обем на инсталираните слънчеви мощности е не повече от 5 MW, повечето от които се падат на домакинствата. Най-голямото промишлено съоръжение в руската слънчева енергетика е слънчева електроцентрала в района на Белгород с мощност 100 kW, пусната в експлоатация през 2010 г. (за сравнение, най-голямата слънчева електроцентрала в света се намира в Канада с мощност 80 000 kW) .

В момента в Русия се изпълняват два проекта: изграждане на соларни паркове в Ставрополския край (капацитет - 12 MW) и в Република Дагестан (10 MW) 7 . Въпреки липсата на подкрепа за възобновяема енергия, редица компании изпълняват малки проекти за слънчева енергия. Например Sakhaenergo инсталира малка станция в Якутия с мощност 10 kW.

В Москва има малки инсталации: в Леонтьевския коридор и на Мичуринския проспект входовете и дворовете на няколко къщи са осветени със слънчеви модули, което е намалило разходите за осветление с 25%. На улица Тимирязевская на покрива на една от автобусните спирки са монтирани слънчеви панели, които осигуряват работата на справочна и информационна транспортна система и Wi-Fi.

Развитието на слънчевата енергия в Русия се дължи на редица фактори:

1) климатични условия:този фактор оказва влияние не само върху годината, в която е постигнат паритет на мрежата, но и върху избора на слънчева инсталационна технология, която е най-подходяща за определен регион;

2)държавна подкрепа:наличието на законово установени икономически стимули за слънчевата енергия е от решаващо значение за
неговото развитие. Сред видовете държавна подкрепа, които се използват успешно в редица страни в Европа и САЩ, можем да подчертаем: преференциални тарифи за слънчеви електроцентрали, субсидии за изграждане на слънчеви електроцентрали, различни възможности за данъчни облекчения, компенсации за част на разходите по обслужване на кредити за закупуване на соларни инсталации;

3)цена на PVEU (слънчеви фотоволтаични инсталации):Днес слънчевите електроцентрали са една от най-скъпите използвани технологии за производство на електроенергия. Въпреки това, тъй като цената на 1 kWh произведена електроенергия намалява, слънчевата енергия става конкурентна. Търсенето на слънчеви електроцентрали зависи от намаляването на цената на 1W инсталирана мощност на слънчеви електроцентрали (~$3000 през 2010 г.). Намаляването на разходите се постига чрез повишаване на ефективността, намаляване на технологичните разходи и намаляване на рентабилността на производството (влиянието на конкуренцията). Потенциалът за намаляване на цената на 1 kW мощност зависи от технологията и варира от 5% до 15% годишно;

4) екологични стандарти:Пазарът на слънчева енергия може да бъде повлиян положително от затягане на екологичните стандарти (ограничения и глоби) поради евентуално преразглеждане на Протокола от Киото. Подобряването на механизмите за продажба на квоти за емисии може да осигури нов икономически стимул за пазара на PVEM;

5) баланс на търсене и предлагане на електроенергия:изпълнение на съществуващите амбициозни планове за изграждане и реконструкция на производствени и електрически мрежи
капацитетът на компаниите, отделени от RAO UES на Русия по време на реформата в индустрията, значително ще увеличи доставките на електроенергия и може да увеличи натиска върху цените
на пазара на едро. Оттеглянето на стария капацитет и едновременното увеличаване на търсенето обаче ще доведе до повишаване на цените;

6)наличие на проблеми с технологичната връзка:забавянето на изпълнението на заявленията за технологично присъединяване към централизираната електроснабдителна система е стимул за преминаване към алтернативни енергийни източници, включително PVEU. Такива забавяния се обуславят както от обективна липса на капацитет, така и от неефективността на организирането на технологичното присъединяване от мрежовите компании или липсата на финансиране за технологично присъединяване от тарифата;

7) инициативи на местните власти:Регионалните и общинските власти могат да прилагат свои собствени програми за развитие на слънчевата енергия или, по-общо, на възобновяеми/нетрадиционни енергийни източници. Днес такива програми вече се изпълняват в Красноярския и Краснодарския край, Република Бурятия и др.;

8) развитие на собствено производство:Руското производство на слънчеви електроцентрали може да има положително въздействие върху развитието на потреблението на слънчева енергия в Русия. Първо, благодарение на собственото ни производство се повишава общата осведоменост на населението за наличието на соларни технологии и тяхната популярност. Второ, разходите за SFEU за крайните потребители се намаляват чрез намаляване на междинните звена във веригата на разпространение и чрез намаляване на транспортния компонент 8 .

Слънчева енергия

Параметри на слънчевата радиация

На първо място е необходимо да се оценят потенциалните енергийни възможности на слънчевата радиация. Тук най-голямо значение има неговата обща специфична мощност на повърхността на Земята и разпределението на тази мощност в различни радиационни диапазони.

Мощност на слънчевата радиация

Мощността на излъчване на Слънцето, намиращо се в зенита, на земната повърхност се оценява на приблизително 1350 W/m2. Просто изчисление показва, че за получаване на мощност от 10 kW е необходимо да се събере слънчева радиация от площ от само 7,5 m2. Но това е в ясен следобед в тропическа зона високо в планините, където атмосферата е разредена и кристално чиста. Щом Слънцето започне да се накланя към хоризонта, пътят на неговите лъчи през атмосферата се увеличава и съответно загубите по този път се увеличават. Наличието на прах или водни пари в атмосферата, дори в количества, незабележими без специални инструменти, допълнително намалява потока на енергия. Но дори и в средната зона в летен следобед за всеки квадратен метър, ориентиран перпендикулярно на слънчевите лъчи, има поток от слънчева енергия с мощност приблизително 1 kW.

Разбира се, дори слабата облачност драстично намалява енергията, достигаща до повърхността, особено в инфрачервения (топлинен) диапазон. Въпреки това, малко енергия все още прониква в облаците. В средната зона, при силна облачност по обяд, мощността на слънчевата радиация, достигаща земната повърхност, се оценява на приблизително 100 W/m2 и само в редки случаи, при особено гъста облачност, тя може да падне под тази стойност. Очевидно при такива условия, за да се получат 10 kW, е необходимо напълно, без загуби и отражение, да се събере слънчева радиация не от 7,5 m2 от земната повърхност, а от цели сто квадратни метра (100 m2).

Таблицата показва кратки осреднени данни за енергията на слънчевата радиация за някои руски градове, като се вземат предвид климатичните условия (честота и интензивност на облачността) на единица хоризонтална повърхност. Подробности за тези данни, допълнителни данни за ориентации на панели, различни от хоризонтални, както и данни за други региони на Русия и страните от бившия СССР са предоставени на отделна страница.

Фиксиран панел, поставен под оптимален ъгъл на наклон, е в състояние да абсорбира 1,2 .. 1,4 пъти повече енергия в сравнение с хоризонтален, а ако се върти след Слънцето, увеличението ще бъде 1,4 .. 1,8 пъти. Това може да се види, разбито по месеци, за фиксирани панели, ориентирани на юг под различни ъгли на наклон, и за системи, проследяващи движението на Слънцето. Характеристиките на поставянето на слънчеви панели са разгледани по-подробно по-долу.

Пряка и дифузна слънчева радиация

Има дифузна и директна слънчева радиация. За ефективно възприемане на пряката слънчева радиация панелът трябва да бъде ориентиран перпендикулярно на потока слънчева светлина. За възприемането на разсеяната радиация ориентацията не е толкова критична, тъй като тя идва доста равномерно от почти цялото небе - така земната повърхност е осветена в облачни дни (поради тази причина при облачно време обектите нямат ясно дефинирана сянка, а вертикалните повърхности, като колони и стените на къщите, практически не хвърлят видима сянка).

Съотношението между пряка и дифузна радиация силно зависи от климатичните условия през различните сезони. Например зимата в Москва е облачна, а през януари делът на разсеяната радиация надвишава 90% от общата инсолация. Но дори през московското лято разсеяната радиация съставлява почти половината от цялата слънчева енергия, достигаща земната повърхност. В същото време в слънчевия Баку както през зимата, така и през лятото делът на разсеяната радиация варира от 19 до 23% от общата инсолация, а около 4/5 от слънчевата радиация съответно е пряка. Съотношението на дифузната и общата инсолация за някои градове е дадено по-подробно на отделна страница.

Разпределение на енергията в слънчевия спектър

Слънчевият спектър е практически непрекъснат в изключително широк диапазон от честоти - от нискочестотни радиовълни до свръхвисокочестотни рентгенови лъчи и гама лъчение. Разбира се, трудно е да се уловят толкова различни видове радиация еднакво ефективно (може би това може да се постигне само теоретично с помощта на „идеално черно тяло“). Но това не е необходимо - първо, самото Слънце излъчва в различни честотни диапазони с различна сила, и второ, не всичко, което Слънцето излъчва, достига земната повърхност - определени части от спектъра се абсорбират до голяма степен от различни компоненти на атмосферата - главно озонов слой, водна пара и въглероден диоксид.

Следователно за нас е достатъчно да определим онези честотни диапазони, в които се наблюдава най-големият поток от слънчева енергия на повърхността на Земята, и да ги използваме. Традиционно слънчевата и космическата радиация се разделят не по честота, а по дължина на вълната (това се дължи на твърде големи показатели за честотите на тази радиация, което е много неудобно - видимата светлина в Херц съответства на 14-ти ред). Нека да разгледаме зависимостта на разпределението на енергията от дължината на вълната за слънчевата радиация.

Счита се, че диапазонът на видимата светлина е дължината на вълната от 380 nm (наситено виолетово) до 760 nm (наситено червено). Всичко, което има по-къса дължина на вълната, има по-висока фотонна енергия и се разделя на диапазони на ултравиолетово, рентгеново и гама лъчение. Въпреки високата енергия на фотоните, самите фотони в тези диапазони не са толкова много, така че общият енергиен принос на тази част от спектъра е много малък. Всичко, което има по-голяма дължина на вълната, има по-ниска фотонна енергия в сравнение с видимата светлина и се разделя на инфрачервен диапазон (топлинно излъчване) и различни части от радио диапазона. Графиката показва, че в инфрачервения диапазон Слънцето излъчва почти същото количество енергия, както във видимия (нивата са по-малки, но диапазонът е по-широк), но в радиочестотния диапазон енергията на излъчване е много малка.

Така от енергийна гледна точка ни е достатъчно да се ограничим до видимия и инфрачервения честотен диапазон, както и до близкия ултравиолетов (някъде до 300 nm, по-късо вълновият твърд ултравиолетов се абсорбира почти напълно в т.нар. озонов слой, осигуряващ синтеза на този озон от атмосферния кислород). А лъвският дял от слънчевата енергия, достигаща земната повърхност, е концентрирана в диапазона на дължината на вълната от 300 до 1800 nm.

Ограничения при използване на слънчева енергия

Основните ограничения, свързани с използването на слънчева енергия, се дължат на нейната непостоянство – соларните инсталации не работят през нощта и са неефективни при облачно време. Това е очевидно за почти всички.

Има обаче още едно обстоятелство, което е особено важно за нашите доста северни ширини - сезонните разлики в продължителността на деня. Ако за тропическите и екваториалните зони продължителността на деня и нощта зависи леко от времето на годината, то вече на географската ширина на Москва най-краткият ден е почти 2,5 пъти по-кратък от най-дългия! Дори не говоря за околополярните региони... В резултат на това в ясен летен ден слънчева инсталация близо до Москва може да произведе не по-малко енергия, отколкото на екватора (слънцето е по-ниско, но денят е по-дълъг). Но през зимата, когато нуждата от енергия е особено висока, нейното производство, напротив, ще намалее няколко пъти. Наистина, в допълнение към късата дневна светлина, лъчите на ниското зимно слънце, дори по обяд, трябва да преминат през много по-дебел слой атмосфера и следователно губят значително повече енергия по този път, отколкото през лятото, когато слънцето е високо и лъчите преминават през атмосферата почти вертикално (изразът "студено зимно слънце "има най-прякото физическо значение). Това обаче не означава, че слънчевите инсталации в средната зона и дори в много по-северните райони са напълно безполезни - въпреки че са малко полезни през зимата, в периода на дългите дни, поне шест месеца между пролетното и есенното равноденствие , те са доста ефективни.

Особено интересно е използването на соларни инсталации за захранване на все по-широко разпространените, но много „лакоми“ климатици. В крайна сметка, колкото по-силно грее слънцето, толкова по-горещо става и толкова повече климатик е необходим. Но при такива условия слънчевите инсталации също са в състояние да генерират повече енергия и тази енергия ще бъде използвана от климатика „тук и сега“, не е необходимо да се акумулира и съхранява! Освен това изобщо не е необходимо енергията да се преобразува в електрическа форма - абсорбционните топлинни двигатели използват топлината директно, което означава, че вместо фотоволтаични батерии можете да използвате слънчеви колектори, които са най-ефективни при ясно и горещо време. Вярно, смятам, че климатиците са незаменими само в горещи, безводни райони и във влажен тропически климат, както и в съвременните градове, независимо от местоположението им. Компетентно проектирана и построена селска къща не само в средната зона, но и в по-голямата част от южната част на Русия не се нуждае от такова енергоемко, обемисто, шумно и капризно устройство.

За съжаление, в градските райони индивидуалното използване на повече или по-малко мощни слънчеви инсталации с някаква забележима практическа полза е възможно само в редки случаи на особено благоприятни обстоятелства. Въпреки това не считам градския апартамент за пълноценно жилище, тъй като нормалното му функциониране зависи от твърде много фактори, които не са достъпни за пряк контрол на жителите по чисто технически причини и следователно в случай на повреда на поне една от системите за поддържане на живота за повече или по-малко дълго време В модерна жилищна сграда условията там няма да бъдат приемливи за живеене (по-скоро апартамент във висока сграда трябва да се разглежда като вид хотелска стая, която обитателите, закупени за безсрочно ползване или наети от общината). Но извън града специално внимание към слънчевата енергия може да бъде повече от оправдано дори на малък парцел от 6 декара.

Характеристики на поставяне на слънчеви панели

Изборът на оптимална ориентация на слънчевите панели е един от най-важните въпроси при практическото използване на слънчеви инсталации от всякакъв тип. За съжаление, този аспект се обсъжда много малко в различни сайтове, посветени на слънчевата енергия, въпреки че пренебрегването му може да намали ефективността на панелите до неприемливи нива.

Факт е, че ъгълът на падане на лъчите върху повърхността силно влияе върху коефициента на отражение и следователно върху дела на невъзприемчивата слънчева енергия. Например, за стъкло, когато ъгълът на падане се отклонява от перпендикуляра на повърхността му с до 30 °, коефициентът на отражение практически не се променя и е малко по-малък от 5%, т.е. повече от 95% от падащата радиация преминава навътре. Освен това нарастването на отражението става забележимо и с 60° делът на отразената радиация се удвоява - почти до 10%. При ъгъл на падане 70° се отразява около 20% от лъчението, а при 80° - 40%. За повечето други вещества зависимостта на степента на отражение от ъгъла на падане е приблизително същата.

Още по-важна е така наречената ефективна панелна площ, т.е. напречното сечение на радиационния поток, който покрива. Тя е равна на реалната площ на панела, умножена по синуса на ъгъла между неговата равнина и посоката на потока (или, което е същото, по косинуса на ъгъла между перпендикуляра на панела и посоката на потока). Следователно, ако панелът е перпендикулярен на потока, ефективната му площ е равна на реалната му площ, ако потокът се е отклонил от перпендикуляра с 60°, това е половината от реалната площ, а ако потокът е успореден на панела, ефективната му площ е нула. По този начин, значително отклонение на потока от перпендикуляра на панела не само увеличава отражението, но намалява неговата ефективна площ, което причинява много забележим спад в производството.

Очевидно за нашите цели най-ефективна е постоянната ориентация на панела перпендикулярно на потока от слънчеви лъчи. Но това ще изисква промяна на позицията на панела в две равнини, тъй като позицията на Слънцето в небето зависи не само от времето на деня, но и от времето на годината. Въпреки че такава система със сигурност е технически възможна, тя е много сложна и следователно скъпа и не много надеждна.

Но нека си припомним, че при ъгли на падане до 30° коефициентът на отражение на границата въздух-стъкло е минимален и практически не се променя, а в течение на една година ъгълът на максимално издигане на Слънцето над хоризонта се отклонява от средното положение с не повече от ±23°. Ефективната площ на панела при отклонение от перпендикуляра с 23° също остава доста голяма - най-малко 92% от действителната му площ. Следователно можете да се съсредоточите върху средната годишна височина на максималното издигане на Слънцето и, практически без загуба на ефективност, да се ограничите до въртене само в една равнина - около полярната ос на Земята със скорост от 1 оборот на ден . Ъгълът на наклона на оста на такова въртене спрямо хоризонталата е равен на географската ширина на мястото. Например, за Москва, разположена на ширина 56 °, оста на такова въртене трябва да бъде наклонена на север с 56 ° спрямо повърхността (или, което е същото нещо, отклонена от вертикалата с 34 °). Такова въртене е много по-лесно за организиране, но голям панел изисква много място, за да се върти гладко. Освен това е необходимо или да организирате плъзгаща се връзка, която ви позволява да премахнете цялата енергия, която получава от постоянно въртящия се панел, или да се ограничите до гъвкави комуникации с фиксирана връзка, но осигурете автоматично връщане на панела обратно през нощта - в противен случай не може да се избегне усукване и счупване на енергоемките комуникации. И двете решения значително увеличават сложността и намаляват надеждността на системата. С нарастването на мощността на панелите (и следователно техния размер и тегло) техническите проблеми стават експоненциално по-сложни.

Във връзка с всичко по-горе почти винаги панелите на отделните соларни инсталации са монтирани неподвижно, което осигурява относителна евтиност и най-висока надеждност на инсталацията. Тук обаче изборът на ъгъл на поставяне на панела става особено важен. Нека разгледаме този проблем на примера на Москва.

Нека да разгледаме диаграмите на слънчевата светлина за различните ъгли на монтаж на панелите. Разбира се, панелът, който се върти след Слънцето, е извън конкуренцията (оранжева линия). Въпреки това, дори в дългите летни дни, неговата ефективност надвишава само с около 30% ефективността на фиксирани хоризонтални (сини) и наклонени под оптимален ъгъл (червени) панели. Но тези дни има достатъчно топлина и светлина! Но през най-енергийно дефицитния период от октомври до февруари предимството на въртящия се панел пред неподвижния е минимално и почти незабележимо. Вярно е, че в момента компанията на наклонения панел не е хоризонтален, а вертикален панел (зелена линия). И това не е изненадващо - ниските лъчи на зимното слънце се плъзгат по хоризонталния панел, но се възприемат добре от вертикалния панел, който е почти перпендикулярен на тях. Следователно през февруари, ноември и декември вертикалният панел е по-ефективен дори от наклонения и почти не се различава от въртящия се. През март и октомври дните са по-дълги и въртящият се панел вече започва уверено (макар и не много) да превъзхожда всички фиксирани опции, но ефективността на наклонените и вертикалните панели е почти същата. И само през периода на дългите дни от април до август хоризонталният панел изпреварва вертикалния панел по отношение на получената енергия и се доближава до наклонения, а през юни дори леко го надминава. Лятната загуба на вертикалния панел е естествена - в крайна сметка, да речем, денят на лятното равноденствие продължава в Москва повече от 17 часа, а в предното (работно) полукълбо на вертикалния панел Слънцето може да остане не повече от 12 часа, останалите 5 часа (почти една трета от светлата част на деня!) са зад гърба й. Ако вземем предвид, че при ъгли на падане над 60° делът на светлината, отразена от повърхността на панела, започва да расте бързо и ефективната му площ намалява наполовина или повече, тогава времето за ефективно възприемане на слънчевата радиация за такъв панел не надвишава 8 часа - тоест по-малко от 50% от общата продължителност на деня. Именно това обяснява факта, че производителността на вертикалните панели се стабилизира през целия период на дългите дни - от март до септември. И накрая, януари стои малко отделно - през този месец ефективността на панелите от всички ориентации е почти еднаква. Факт е, че този месец в Москва е много облачно и повече от 90% от цялата слънчева енергия идва от разсеяна радиация и за такава радиация ориентацията на панела не е много важна (основното е да не го насочвате към земята). Въпреки това, няколко слънчеви дни, които все още се случват през януари, намаляват производството на хоризонтален панел с 20% в сравнение с останалите.

Какъв ъгъл на наклон трябва да изберете? Всичко зависи от това кога точно имате нужда от слънчева енергия. Ако искате да го използвате само през топлия сезон (да речем в страната), тогава трябва да изберете така наречения „оптимален“ ъгъл на наклон, перпендикулярен на средното положение на Слънцето през периода между пролетното и есенното равноденствие . Това е приблизително 10° .. 15° по-малко от географската ширина, а за Москва е 40° .. 45°. Ако имате нужда от енергия през цялата година, тогава трябва да „изстискате“ максимума през зимните месеци с дефицит на енергия, което означава, че трябва да се съсредоточите върху средната позиция на Слънцето между есенното и пролетното равноденствие и да поставите панелите по-близо до вертикалата - 5° .. 15° повече от географската ширина (за Москва ще бъде 60° .. 70°). Ако поради архитектурни или дизайнерски причини е невъзможно да се поддържа такъв ъгъл и трябва да избирате между ъгъл на наклон от 40° или по-малко или вертикална инсталация, трябва да предпочетете вертикалната позиция. В същото време „недостигът“ на енергия в дългите летни дни не е толкова критичен - през този период има много естествена топлина и светлина и нуждата от производство на енергия обикновено не е толкова голяма, колкото през зимата и на открито -сезон. Естествено, наклонът на панела трябва да бъде ориентиран на юг, въпреки че отклонението от тази посока с 10 ° .. 15 ° на изток или запад се променя малко и следователно е напълно приемливо.

Хоризонталното разполагане на слънчеви панели в цяла Русия е неефективно и напълно неоправдано. В допълнение към твърде голямото намаляване на производството на енергия през есенно-зимния период, върху хоризонталните панели интензивно се натрупва прах, а през зимата и сняг, които могат да бъдат отстранени оттам само с помощта на специално организирано почистване (обикновено ръчно). Ако наклонът на панела надвишава 60 °, тогава снегът на повърхността му не се задържа много и обикновено бързо се разпада сам, а тънък слой прах лесно се измива от дъжд.

Тъй като напоследък цените на соларното оборудване падат, може да е изгодно вместо едно поле от слънчеви панели, ориентирано на юг, да се използват две с по-висока обща мощност, ориентирани в съседство (югоизток и югозапад) и дори срещуположно (изток). и запад) кардинални посоки. Това ще осигури по-равномерно производство в слънчеви дни и увеличено производство в облачни дни, докато останалата част от оборудването ще остане проектирана за същата, относително ниска мощност и следователно ще бъде по-компактна и по-евтина.

И едно последно нещо. Стъклото, чиято повърхност не е гладка, а има специален релеф, е в състояние много по-ефективно да възприема страничната светлина и да я предава на работните елементи на слънчевия панел. Най-оптималният изглежда вълнообразен релеф с ориентация на издатини и вдлъбнатини от север на юг (за вертикални панели - отгоре надолу) - вид линейна леща. Вълнообразното стъкло може да увеличи производството на фиксиран панел с 5% или повече.

Традиционни видове слънчеви енергийни инсталации

От време на време се появяват съобщения за изграждането на поредната слънчева електроцентрала (СЕС) или инсталация за обезсоляване. Термалните слънчеви колектори и фотоволтаичните слънчеви панели се използват по целия свят, от Африка до Скандинавия. Тези методи за използване на слънчева енергия се развиват от десетилетия, много сайтове в Интернет са посветени на тях. Затова тук ще ги разгледам много общо. Един важен момент обаче практически не е разгледан в интернет - това е изборът на конкретни параметри при създаването на индивидуална слънчева система за захранване. Междувременно този въпрос не е толкова прост, колкото изглежда на пръв поглед. Пример за избор на параметри за соларна система е даден на отделна страница.

Слънчеви панели

Най-общо казано, „слънчева батерия“ може да се разбира като всеки набор от идентични модули, които възприемат слънчевата радиация и са комбинирани в едно устройство, включително чисто термични, но традиционно този термин се приписва специално на фотоелектрически преобразувателни панели. Следователно терминът „слънчева батерия“ почти винаги се отнася до фотоволтаично устройство, което директно преобразува слънчевата радиация в електрически ток. Тази технология се развива активно от средата на 20 век. Огромен стимул за неговото развитие беше изследването на космическото пространство, където слънчевите батерии в момента могат да се конкурират само с малки ядрени енергийни източници по отношение на произведената мощност и времето за работа. През това време ефективността на преобразуване на слънчевите батерии се увеличи от един или два процента до 17% или повече в масово произвежданите, относително евтини модели и над 42% в прототипите. Експлоатационният живот и експлоатационната надеждност са значително увеличени.

Предимства на слънчевите панели

Основното предимство на слънчевите панели е тяхната изключителна простота на дизайна и пълната липса на движещи се части. Резултатът е ниско специфично тегло и непретенциозност, съчетани с висока надеждност, както и възможно най-опростен монтаж и минимални изисквания за поддръжка по време на работа (обикновено е достатъчно само да се отстрани мръсотията от работната повърхност, докато се натрупва). Представлявайки плоски елементи с малка дебелина, те доста успешно се поставят на покривен наклон, обърнат към слънцето, или на стената на къща, практически без да изискват допълнително пространство или изграждане на отделни обемисти конструкции. Единственото условие е нищо да не ги закрива възможно най-дълго.

Друго важно предимство е, че енергията се генерира веднага под формата на електричество – в най-универсалната и удобна форма до момента.

За съжаление нищо не е вечно – ефективността на фотоволтаичните преобразуватели намалява с течение на експлоатационния им живот. Полупроводниковите пластини, които обикновено изграждат слънчевите клетки, се разграждат с времето и губят свойствата си, в резултат на което и без това не много високата ефективност на слънчевите клетки става още по-ниска. Продължителното излагане на високи температури ускорява този процес. Първоначално отбелязах това като недостатък на фотоволтаичните батерии, особено след като „мъртвите“ фотоволтаични клетки не могат да бъдат възстановени. Малко вероятно е обаче всеки механичен електрически генератор да може да демонстрира поне 1% ефективност само след 10 години непрекъсната работа - най-вероятно ще изисква сериозен ремонт много по-рано поради механично износване, ако не на лагери, то на четки - и съвременните фотопреобразуватели са в състояние да поддържат своята ефективност в продължение на десетилетия. Според оптимистичните оценки за 25 години ефективността на слънчевата батерия намалява само с 10%, което означава, че ако не се намесят други фактори, дори след 100 години почти 2/3 от първоначалната ефективност ще остане. Въпреки това, за масовите търговски фотоволтаични клетки, базирани на поли- и монокристален силиций, честните производители и продавачи дават малко по-различни цифри за стареене - след 20 години трябва да се очаква загуба на ефективност до 20% (тогава теоретично след 40 години ефективността ще бъде 2/3 от първоначалната, наполовина за 60 години и след 100 години ще остане малко по-малко от 1/3 от първоначалната производителност). Като цяло, нормалният експлоатационен живот на съвременните фотопреобразуватели е най-малко 25...30 години, така че разграждането не е толкова критично и е много по-важно да избършете праха от тях навреме...

Ако батериите са инсталирани по такъв начин, че естественият прах практически липсва или се отмива незабавно от естествени дъждове, тогава те ще могат да работят без никаква поддръжка в продължение на много години. Възможността да работи толкова дълго време в режим без поддръжка е друго голямо предимство.

И накрая, слънчевите панели са способни да произвеждат енергия от зори до здрач, дори при облачно време, когато слънчевите топлинни колектори са само малко по-различни от температурата на околната среда. Разбира се, в сравнение с ясен слънчев ден, тяхната производителност пада многократно, но нещо е по-добре от нищо! В тази връзка разработването на батерии с максимално преобразуване на енергия в тези диапазони, където облаците абсорбират най-малко слънчевата радиация, е от особен интерес. Освен това при избора на слънчеви фотопреобразуватели трябва да се обърне внимание на зависимостта на напрежението, което произвеждат от осветеността - то трябва да е възможно най-малко (при намаляване на осветеността първо трябва да падне токът, а не напрежението, защото в противен случай до Получете поне някакъв полезен ефект в В облачни дни ще трябва да използвате скъпо допълнително оборудване, което принудително повишава напрежението до минимума, достатъчен за зареждане на батериите и работа на инверторите).

Недостатъци на слънчевите панели

Разбира се, слънчевите панели имат много недостатъци. В допълнение към зависимостта от времето и времето на деня, може да се отбележи следното.

Ниска ефективност. Същият слънчев колектор, с правилния избор на форма и материал на повърхността, е в състояние да абсорбира почти цялата слънчева радиация, която го удря в почти целия спектър от честоти, които носят осезаема енергия - от далечния инфрачервен до ултравиолетов диапазон. Слънчевите батерии преобразуват енергията избирателно - за работното възбуждане на атомите са необходими определени фотонни енергии (честоти на излъчване), поради което в някои честотни ленти преобразуването е много ефективно, докато други честотни диапазони са безполезни за тях. В допълнение, енергията на уловените от тях фотони се използва квантово - нейният „излишък“, надвишаващ необходимото ниво, отива за нагряване на материала на фотоконвертора, което в този случай е вредно. Това до голяма степен обяснява ниската им ефективност.
Между другото, ако изберете грешен материал за защитно покритие, можете значително да намалите ефективността на батерията. Въпросът се утежнява от факта, че обикновеното стъкло абсорбира високоенергийната ултравиолетова част от диапазона доста добре, а за някои видове фотоклетки този конкретен диапазон е много подходящ - енергията на инфрачервените фотони е твърде ниска за тях.

Чувствителност към висока температура. С повишаването на температурите ефективността на слънчевите клетки, подобно на почти всички други полупроводникови устройства, намалява. При температури над 100..125°C те могат временно да загубят своята функционалност, а още по-голямото нагряване застрашава необратимото им увреждане. В допълнение, повишените температури ускоряват разграждането на фотоклетките. Ето защо е необходимо да се вземат всички мерки за намаляване на нагряването, което е неизбежно под изгарящите преки лъчи на слънцето. Обикновено производителите ограничават номиналния работен температурен диапазон на фотоклетките до +70°..+90°C (това означава нагряване на самите елементи, а температурата на околната среда, естествено, трябва да бъде много по-ниска).
Допълнително усложнява ситуацията, че чувствителната повърхност на доста крехките фотоклетки често е покрита със защитно стъкло или прозрачна пластмаса. Ако между защитното покритие и повърхността на фотоклетката остане въздушна междина, се образува нещо като „оранжерия“, което утежнява прегряването. Вярно е, че чрез увеличаване на разстоянието между защитното стъкло и повърхността на фотоклетката и свързването на тази кухина с атмосферата отгоре и отдолу е възможно да се организира конвекционен въздушен поток, който естествено охлажда фотоклетките. Но при ярко слънце и високи външни температури това може да не е достатъчно, освен това този метод допринася за ускорено разпрашаване на работната повърхност на фотоклетките. Следователно дори не много голяма слънчева батерия може да изисква специална система за охлаждане. Честно казано, трябва да се каже, че такива системи обикновено се автоматизират лесно и задвижването на вентилатора или помпата консумира само малка част от генерираната енергия. При липса на силно слънце няма много отопление и изобщо не е необходимо охлаждане, така че енергията, спестена при задвижването на охладителната система, може да се използва за други цели. Трябва да се отбележи, че в модерните фабрично произведени панели защитното покритие обикновено приляга плътно към повърхността на фотоклетките и отвежда топлината навън, но в домашно направени конструкции механичният контакт със защитното стъкло може да повреди фотоклетката.

Чувствителност към неравномерност на осветеността. Като правило, за да се получи напрежение на изхода на батерията, което е повече или по-малко удобно за използване (12, 24 или повече волта), фотоклетките се свързват в последователни вериги. Токът във всяка такава верига и следователно нейната мощност се определя от най-слабата връзка - фотоклетка с най-лоши характеристики или с най-ниска осветеност. Следователно, ако поне един елемент от веригата е в сянка, това значително намалява мощността на цялата верига - загубите са непропорционални на засенчването (освен това, при липса на защитни диоди, такъв елемент ще започне да разсейва мощност, генерирана от останалите елементи!). Непропорционалното намаляване на мощността може да се избегне само чрез свързване на всички фотоклетки паралелно, но тогава изходът на батерията ще има твърде много ток при твърде ниско напрежение - обикновено за отделните фотоклетки е само 0,5 .. 0,7 V, в зависимост от техния тип и размер на товара.

Чувствителност към замърсяване. Дори едва забележим слой мръсотия върху повърхността на слънчевите клетки или защитното стъкло може да абсорбира значителна част от слънчевата светлина и значително да намали производството на енергия. В прашен град това ще изисква често почистване на повърхността на слънчевите панели, особено тези, които са инсталирани хоризонтално или под лек ъгъл. Разбира се, същата процедура е необходима след всеки снеговалеж и след прашна буря... Въпреки това, далеч от градове, индустриални зони, натоварени пътища и други силни източници на прах под ъгъл от 45° или повече, дъждът е напълно способен да измиване на естествения прах от повърхността на панелите, „автоматично“ поддържането им в сравнително чисто състояние. И снегът на такъв склон, който също е обърнат на юг, обикновено не се задържа дълго дори в много мразовити дни. И така, далеч от източници на атмосферно замърсяване, слънчевите панели могат да работят успешно години наред без никаква поддръжка, само и само да имаше слънце в небето!

И накрая, последната, но най-важна пречка пред широкото разпространение на фотоволтаичните соларни панели е тяхната доста висока цена. Цената на елементите на слънчевата батерия в момента е най-малко 1 $/W (1 kW - $1000) и това е за модификации с ниска ефективност, без да се вземат предвид разходите за монтаж и монтаж на панелите, както и без да се вземе предвид цена на батерии, контролери за зареждане и инвертори (преобразуватели на генериран постоянен ток ниско напрежение).ток към битов или индустриален стандарт). В повечето случаи, за минимална оценка на реалните разходи, тези цифри трябва да се умножат по 3-5 пъти при самостоятелно сглобяване от отделни слънчеви клетки и по 6-10 пъти при закупуване на готови комплекти оборудване (плюс разходите за монтаж).

От всички елементи на електрозахранваща система, използваща фотоволтаични батерии, батериите имат най-кратък експлоатационен живот, но производителите на модерни необслужваеми батерии твърдят, че в така наречения буферен режим те ще работят около 10 години (или ще работят традиционните 1000 цикъла на силно зареждане и разреждане - ако броите един цикъл на ден, тогава в този режим те ще издържат 3 години). Отбелязвам, че цената на батериите обикновено е само 10-20% от общата цена на цялата система, а цената на инверторите и контролерите за зареждане (и двете са сложни електронни продукти и следователно има известна вероятност от повреда) е дори по-малко. По този начин, като се има предвид дългият експлоатационен живот и способността да работят дълго време без никаква поддръжка, фотоконверторите могат да се изплащат повече от веднъж през живота си и не само в отдалечени райони, но и в населени места - ако електричеството тарифите ще продължат да растат със сегашните темпове!

Слънчеви термични колектори

Наименованието „слънчеви колектори“ се присвоява на устройства, които използват директно отопление от слънчева топлина, както единични, така и подреждаеми (модулни). Най-простият пример за термичен слънчев колектор е резервоар за черна вода на покрива на гореспоменатия селски душ (между другото, ефективността на загряване на вода в летен душ може значително да се увеличи чрез изграждане на мини-оранжерия около резервоара , поне от пластмасов филм; желателно е между филма и стените на резервоара отгоре и отстрани да има празнина от 4-5 см).

Съвременните колекционери обаче почти не приличат на такъв резервоар. Те обикновено са плоски структури, направени от тънки почернели тръби, подредени в решетка или змия. Тръбите могат да бъдат монтирани върху почернен топлопроводим субстратен лист, който улавя слънчевата топлина, навлизаща в пространствата между тях - това позволява общата дължина на тръбите да бъде намалена без загуба на ефективност. За да се намалят топлинните загуби и да се увеличи отоплението, горната част на колектора може да бъде покрита с лист стъкло или прозрачен клетъчен поликарбонат, а от обратната страна на топлоразпределителния лист слой топлоизолация предотвратява ненужните загуби на топлина - вид на “оранжерия” се получава. Нагрятата вода или друга охлаждаща течност се движи през тръбата, която може да бъде събрана в термично изолиран резервоар за съхранение. Охлаждащата течност се движи под действието на помпа или гравитация поради разликата в плътността на охлаждащата течност преди и след термичния колектор. В последния случай повече или по-малко ефективна циркулация изисква внимателен подбор на наклони и тръбни секции и поставяне на самия колектор възможно най-ниско. Но обикновено колекторът се поставя на същите места като слънчевата батерия - на слънчева стена или на слънчев наклон на покрива, въпреки че някъде трябва да се постави допълнителен резервоар за съхранение. Без такъв резервоар, по време на интензивно възстановяване на топлината (да речем, ако трябва да напълните вана или да вземете душ), капацитетът на колектора може да не е достатъчен и след кратко време от крана ще тече леко затоплена вода.

Защитното стъкло, разбира се, донякъде намалява ефективността на колектора, абсорбирайки и отразявайки няколко процента слънчева енергия, дори ако лъчите падат перпендикулярно. Когато лъчите ударят стъклото под лек ъгъл спрямо повърхността, коефициентът на отражение може да се доближи до 100%. Следователно, при липса на вятър и необходимост само от леко нагряване спрямо околния въздух (с 5-10 градуса, да речем, за поливане на градина), „отворените“ конструкции могат да бъдат по-ефективни от „остъклените“. Но веднага щом е необходима температурна разлика от няколко десетки градуса или дори ако се издигне не много силен вятър, топлинните загуби на отворени конструкции бързо се увеличават и защитното стъкло с всичките му недостатъци става необходимост.

Важна забележка - необходимо е да се има предвид, че в горещ слънчев ден, ако не се анализира, водата може да прегрее над точката на кипене, следователно е необходимо да се вземат подходящи предпазни мерки при проектирането на колектора (осигурете безопасност клапан). При отворени колектори без защитно стъкло такова прегряване обикновено не е проблем.

Напоследък слънчевите колектори, базирани на така наречените топлинни тръби, започнаха да се използват широко (да не се бъркат с „топлинни тръби“, използвани за отвеждане на топлината в компютърни охладителни системи!). За разлика от дизайна, разгледан по-горе, тук всяка нагрята метална тръба, през която циркулира охлаждащата течност, е запоена вътре в стъклена тръба и въздухът се изпомпва от пространството между тях. Оказва се аналог на термос, където поради вакуумна топлоизолация загубата на топлина намалява 20 пъти или повече. В резултат на това, според производителите, когато има студ от -35°C извън стъклото, водата във вътрешната метална тръба със специално покритие, което абсорбира възможно най-широкия спектър от слънчева радиация, се нагрява до +50. +70 ° C (разлика от повече от 100 ° C) .Ефективното усвояване, съчетано с отлична топлоизолация, ви позволява да загрявате охлаждащата течност дори при облачно време, въпреки че мощността на отопление, разбира се, е няколко пъти по-малка, отколкото при ярко слънце. Ключовият момент тук е да се осигури запазването на вакуума в междината между тръбите, тоест вакуумната плътност на съединението на стъкло и метал, в много широк температурен диапазон, достигащ 150 ° C, през целия експлоатационен живот от много години. Поради тази причина при производството на такива колектори е невъзможно да се направи без внимателно съгласуване на коефициентите на топлинно разширение на стъкло и метал и високотехнологични производствени процеси, което означава, че в занаятчийски условия е малко вероятно да е възможно да се направи пълноценна вакуумна топлинна тръба. Но по-прости дизайни на колектори могат да бъдат направени самостоятелно без никакви проблеми, въпреки че, разбира се, тяхната ефективност е малко по-малка, особено през зимата.

В допълнение към течните слънчеви колектори, описани по-горе, има и други интересни видове структури: въздух (охлаждащата течност е въздух и не се страхува от замръзване), „слънчеви езера“ и т.н. За съжаление повечето изследвания и разработки на слънчеви колектори е посветен специално на течни модели, следователно алтернативните типове практически не се произвеждат масово и няма много информация за тях.

Предимства на слънчевите колектори

Най-важното предимство на слънчевите колектори е простотата и относително ниската цена на производството на техните доста ефективни варианти, съчетани с непретенциозност в експлоатация. Минимумът, необходим за направата на колектор със собствените си ръце, е няколко метра тънка тръба (за предпочитане тънкостенна мед - може да се огъне с минимален радиус) и малко черна боя, поне битумен лак. Огъваме тръбата като змия, боядисваме я с черна боя, поставяме я на слънчево място, свързваме я към водопровода и най-простият слънчев колектор е готов! В същото време бобината може лесно да получи почти всяка конфигурация и да използва максимално цялото пространство, отделено за колектора. Най-ефективното домашно почерняване, което също е много устойчиво на високи температури и пряка слънчева светлина, е тънък слой сажди. Саждите обаче лесно се изтриват и измиват, така че такова почерняване определено ще изисква защитно стъкло и специални мерки за предотвратяване на навлизането на възможна кондензация в повърхността, покрита със сажди.

Друго важно предимство на колекторите е, че за разлика от соларните панели, те са в състояние да уловят и преобразуват до 90% от слънчевата радиация, която ги удари, в топлина, а в най-успешните случаи и повече. Следователно не само при ясно време, но и при лека облачност ефективността на колекторите надвишава ефективността на фотоволтаичните батерии. И накрая, за разлика от фотоволтаичните батерии, неравномерното осветяване на повърхността не причинява непропорционално намаляване на ефективността на колектора - важен е само общият (интегриран) радиационен поток.

Недостатъци на слънчевите колектори

Но слънчевите колектори са по-чувствителни към времето от слънчевите панели. Дори при ярко слънце свежият вятър може многократно да намали ефективността на отоплението на отворен топлообменник. Защитното стъкло, разбира се, рязко намалява загубата на топлина от вятъра, но в случай на плътни облаци също е безсилно. При облачно, ветровито време практически няма полза от колектора, но слънчевата батерия произвежда поне малко енергия.

Сред другите недостатъци на слънчевите колектори ще подчертая преди всичко тяхната сезонност. Кратки пролетни или есенни нощни студове са достатъчни, за да може ледът, образуван в тръбите на нагревателя, да създаде опасност от тяхното спукване. Разбира се, това може да се елиминира чрез нагряване на „оранжерията“ с намотка с източник на топлина от трета страна през студените нощи, но в този случай общата енергийна ефективност на колектора може лесно да стане отрицателна! Друг вариант - двуконтурен колектор с антифриз във външната верига - няма да изисква консумация на енергия за отопление, но ще бъде много по-сложен от едноконтурните опции с директно нагряване на вода, както в производството, така и по време на работа. По принцип въздушните конструкции не могат да замръзнат, но има друг проблем - ниският специфичен топлинен капацитет на въздуха.

И все пак може би основният недостатък на слънчевия колектор е, че той е точно отоплително устройство и въпреки че промишлено произведени проби, при липса на топлинен анализ, могат да загреят охлаждащата течност до 190..200 ° C, обикновено достиганата температура рядко надвишава 60..80 °C. Поради това е много трудно да се използва извлечената топлина за получаване на значителни количества механична работа или електрическа енергия. В края на краищата, дори за работата на най-нискотемпературната пароводна турбина (например тази, която веднъж описа V.A. Zysin), е необходимо водата да се прегрее най-малко до 110 ° C! А енергията директно под формата на топлина, както е известно, не се съхранява дълго време и при температури под 100 ° C обикновено може да се използва само за захранване с топла вода и отопление на къща. Въпреки това, като се има предвид ниската цена и лекотата на производство, това може да е достатъчна причина да се сдобиете със собствен слънчев колектор.

За да бъдем честни, трябва да се отбележи, че „нормалният“ работен цикъл на топлинен двигател може да се организира при температури под 100 ° C - или ако точката на кипене се понижи чрез намаляване на налягането в изпарителната част чрез изпомпване на пара от там , или чрез използване на течност, чиято точка на кипене е между температурата на нагряване на слънчевия колектор и температурата на околния въздух (оптимално - 50..60°C). Вярно, сещам се само за една неекзотична и относително безопасна течност, която горе-долу отговаря на тези условия - етилов алкохол, който при нормални условия кипи при 78°C. Очевидно в този случай ще е необходимо да се организира затворен цикъл, решаващ много свързани проблеми. В някои ситуации използването на двигатели с външно отопление (двигатели на Стърлинг) може да бъде обещаващо. Интересно в това отношение може да бъде и използването на сплави с ефект на паметта на формата, които са описани на този сайт в статията на I.V.Nigel - те се нуждаят само от температурна разлика от 25-30°C, за да работят.

Концентрация на слънчева енергия

Повишаването на ефективността на слънчевия колектор включва преди всичко стабилно повишаване на температурата на загрятата вода над точката на кипене. Това обикновено се прави чрез концентриране на слънчевата енергия върху колектор с помощта на огледала. Това е принципът, който е в основата на повечето слънчеви централи, като разликите са само в броя, конфигурацията и разположението на огледалата и колектора, както и в методите за управление на огледалата. В резултат на това в точката на фокусиране е напълно възможно да се достигне температура дори не стотици, а хиляди градуси - при такава температура вече може да настъпи директно термично разлагане на водата във водород и кислород (полученият водород може да бъде изгорен през нощта и в облачни дни)!

За съжаление, ефективната работа на такава инсталация е невъзможна без сложна система за управление на концентриращи огледала, които трябва да проследяват постоянно променящото се положение на Слънцето в небето. В противен случай в рамките на няколко минути точката на фокусиране ще напусне колектора, който в такива системи често е много малък по размер, и нагряването на работния флуид ще спре. Дори използването на параболоидни огледала само частично решава проблема - ако те не се въртят периодично след Слънцето, след няколко часа то вече няма да падне в купата им или само ще освети ръба му - това няма да има голяма полза.

Най-лесният начин да концентрирате слънчевата енергия у дома е да поставите огледало хоризонтално близо до колектора, така че слънцето да огрява колектора през по-голямата част от деня. Интересен вариант е да използвате повърхността на специално създаден резервоар в близост до къщата като такова огледало, особено ако това не е обикновен резервоар, а „слънчево езерце“ (въпреки че това не е лесно да се направи и ефективността на отразяване ще да бъде много по-малко от това на обикновено огледало). Добър резултат може да се постигне чрез създаване на система от вертикални концентриращи огледала (това начинание обикновено е много по-трудно, но в някои случаи може да е оправдано просто да инсталирате голямо огледало на съседна стена, ако образува вътрешен ъгъл с колектора - всичко зависи от конфигурацията и местоположението на сградата и колектора).

Пренасочването на слънчевата радиация с помощта на огледала също може да увеличи мощността на фотоволтаичната батерия. Но в същото време нагряването му се увеличава и това може да повреди батерията. Следователно в този случай трябва да се ограничите до сравнително малка печалба (с няколко десетки процента, но не и няколко пъти) и трябва внимателно да наблюдавате температурата на батерията, особено в горещи, ясни дни! Именно поради опасността от прегряване някои производители на фотоволтаични батерии директно забраняват работата на продуктите си при повишена осветеност, създавана с помощта на допълнителни рефлектори.

Преобразуване на слънчевата енергия в механична

Традиционните видове слънчеви инсталации не произвеждат директно механична работа. За да направите това, електрическият двигател трябва да бъде свързан към слънчева батерия на фотопреобразуватели, а когато се използва термичен слънчев колектор, прегрята пара (и за прегряване е малко вероятно да е възможно без концентриращи огледала) трябва да се подава към входа на пара турбина или към цилиндрите на парна машина. Колекторите с относително малко топлина могат да преобразуват топлината в механично движение по по-екзотични начини, като например използване на задвижващи механизми от сплав с памет за формата.

Съществуват обаче и инсталации, които включват преобразуване на слънчевата топлина в механична работа, което е директно включено в техния дизайн. Освен това техните размери и мощност са много различни - това е проект за огромна слънчева кула с височина стотици метри и скромна слънчева помпа, която би принадлежала на лятна вила.

Живеем в света на бъдещето, въпреки че това не се забелязва във всички региони. Във всеки случай възможността за разработване на нови източници на енергия днес се обсъжда сериозно в прогресивните среди. Една от най-обещаващите области е слънчевата енергия.

В момента около 1% от електричеството на Земята се получава от преработката на слънчевата радиация. Така че защо все още не сме се отказали от други „вредни“ методи и ще се откажем ли изобщо? Каним ви да прочетете нашата статия и да се опитате сами да отговорите на този въпрос.

Как слънчевата енергия се преобразува в електричество

Да започнем с най-важното - как слънчевите лъчи се преработват в електричество.

Самият процес се нарича "Слънчево поколение" . Най-ефективните начини да се гарантира това са следните:

• фотоволтаици;
• слънчева топлинна енергия;
• слънчеви балонни електроцентрали.

Нека разгледаме всеки от тях.

Фотоволтарици

В този случай електрическият ток се появява поради фотоволтаичен ефект. Принципът е следният: слънчевата светлина удря фотоклетка, електроните абсорбират енергията на фотоните (светлинните частици) и започват да се движат. В резултат на това получаваме електрическо напрежение.

Това е точно процесът, който се случва в слънчевите панели, които се основават на елементи, които преобразуват слънчевата радиация в електричество.

Самият дизайн на фотоволтаичните панели е доста гъвкав и може да има различни размери. Поради това те са много практични за използване. В допълнение, панелите имат високи експлоатационни свойства: те са устойчиви на валежи и температурни промени.

И ето как работи отделен модул слънчев панел:

Можете да прочетете за използването на слънчеви панели като зарядни устройства, източници на енергия за частни домове, за градско благоустройство и за медицински цели.

Модерни слънчеви панели и електроцентрали

Последните примери включват слънчевите панели на компанията SistineSolar. Те могат да имат всякакъв нюанс и текстура, за разлика от традиционните тъмносини панели. Това означава, че те могат да бъдат използвани за „украса“ на покрива на къщата, както пожелаете.

Друго решение беше предложено от разработчиците на Tesla. Те пуснаха не просто панели, а пълноценен покривен материал, който обработва слънчевата енергия. съдържа вградени соларни модули и може да има голямо разнообразие от дизайни. В същото време самият материал е много по-здрав от обикновените керемиди; Solar Roof дори има безкрайна гаранция.

Пример за пълноценна слънчева електроцентрала е наскоро построена в Европа станция с двустранни панели. Последните събират както пряка слънчева радиация, така и отразяваща радиация. Това ви позволява да увеличите ефективността на слънчевото производство с 30%. Тази станция трябва да генерира около 400 MWh годишно.

Интерес представлява също най-голямата плаваща слънчева електроцентрала в Китай. Мощността му е 40 MW. Такива решения имат 3 важни предимства:

• няма нужда да се заемат големи земни площи, което е важно за Китай;
• в резервоарите изпарението на водата намалява;
• Самите фотоклетки се нагряват по-малко и работят по-ефективно.

Между другото, тази плаваща слънчева електроцентрала е построена на мястото на изоставено въгледобивно предприятие.

Технологията, базирана на фотоволтаичния ефект, е най-обещаващата днес и според експерти слънчевите панели ще могат да произвеждат около 20% от световното търсене на електроенергия през следващите 30-40 години.

Слънчева топлинна енергия

Тук подходът е малко по-различен, т.к. слънчевата радиация се използва за нагряване на контейнер, съдържащ течност. Благодарение на това тя се превръща в пара, която върти турбина, което води до генериране на електричество.

Топлоелектрическите централи работят на същия принцип, само течността се нагрява чрез изгаряне на въглища.

Най-очевидният пример за използването на тази технология е Слънчева станция Ivanpahв пустинята Мохаве. Това е най-голямата слънчева топлоелектрическа централа в света.

Работи от 2014 г. и не използва гориво за производство на електроенергия - само екологична слънчева енергия.

Водният котел е разположен в кулите, които можете да видите в центъра на конструкцията. Наоколо има поле от огледала, които насочват слънчевите лъчи към върха на кулата. В същото време компютърът постоянно върти тези огледала в зависимост от местоположението на слънцето.

Под въздействието на концентрирана слънчева енергия водата в кулата се нагрява и се превръща в пара. Това създава налягане и парата започва да върти турбината, което води до освобождаване на електричество. Мощността на тази станция е 392 мегавата, което може лесно да се сравни със средната ТЕЦ в Москва.

Интересното е, че такива станции могат да работят и през нощта. Това е възможно чрез поставяне на част от нагрятата пара в склад и постепенното й използване за въртене на турбината.

Слънчеви балонни електроцентрали

Това оригинално решение, въпреки че не е широко използвано, все още има място.

Самата инсталация се състои от 4 основни части:

• Аеростат – разположен в небето, събиращ слънчева радиация. Водата влиза в топката и бързо се нагрява, превръщайки се в пара.
• Тръбопровод за пара - през него парата под налягане се спуска към турбината, карайки я да се върти.
• Турбина - под въздействието на поток от пара, тя се върти, генерирайки електрическа енергия.
• Кондензатор и помпа - парата, преминала през турбината, се кондензира във вода и се издига в балона с помощта на помпа, където отново се нагрява до състояние на пара.

Какви са предимствата на слънчевата енергия

• Слънцето ще продължи да ни дава своята енергия още няколко милиарда години. В същото време хората не трябва да харчат пари и ресурси, за да го добиват.
• Производството на слънчева енергия е напълно екологичен процес без рискове за природата.
• Автономност на процеса. Събирането на слънчева светлина и генерирането на електричество става с минимална човешка намеса. Единственото нещо, което трябва да направите, е да поддържате работните си повърхности или огледалата чисти.
• Изтощените слънчеви панели могат да бъдат рециклирани и повторно използвани в производството.

Проблеми на развитието на слънчевата енергия

Въпреки прилагането на идеи за поддържане на работата на слънчевите електроцентрали през нощта, никой не е имунизиран от капризите на природата. Няколкодневната облачност значително намалява производството на електроенергия, но населението и предприятията имат нужда от непрекъснато захранване.

Изграждането на слънчева електроцентрала не е евтино удоволствие. Това се дължи на необходимостта от използване на редки елементи в техния дизайн. Не всички страни са готови да пилеят бюджети за по-малко мощни електроцентрали, когато има работещи топлоелектрически централи и атомни електроцентрали.

За поставяне на такива инсталации са необходими големи площи и на места, където слънчевата радиация има достатъчно ниво.

Как се развива слънчевата енергия в Русия?

За съжаление страната ни все още гори на пълни обороти въглища, газ и нефт, а Русия със сигурност ще бъде сред последните, които напълно ще преминат към алтернативна енергия.

Към днешна дата слънчевата енергия представлява само 0,03% от енергийния баланс на Руската федерация. За сравнение, в Германия тази цифра е над 20%. Частните предприемачи не са заинтересовани да инвестират в слънчева енергия поради дългия период на изплащане и не толкова висока доходност, тъй като газът е много по-евтин у нас.

В икономически развитите региони Москва и Ленинград слънчевата активност е на ниско ниво. Там изграждането на слънчеви централи просто не е практично. Но южните райони са доста обещаващи.