Перспективы солнечной энергетики в мире

Впечатляющие перспективы развития солнечной энергетики в мире

Стоимость солнечных батарей на мировом рынке падает, а использование солнечной энергии – растёт, и весьма высокими темпами.

На сегодняшний день 1 баррель нефти стоит 100-110 долларов, а запасов нефти по разным оценкам хватит на 30-70 лет. Поэтому активно разрабатываются методики добычи электроэнергии альтернативными методами.

В частности, более 7,5 ГВт солнечных преобразователей были установлены в 2009 г., в 2010 г. – 16,4 ГВт, а в 2011 г. – около 27,7 ГВт. Для сравнения, столько же вырабатывается на 10 атомных станциях «Росэнергоатома» (установленная мощность 23,24 ГВт).

Только за последние три года (2009-2011 гг) суммарная мощность установленных в мире солнечных станций утроилась (с 13,6 ГВт до 36,3 ГВт).

Если же говорить обо всех ВИЭ (ветровая, солнечная, геотермальная и морская энергетика, биоэнергетика и малая гидроэнергетика), то установленная мощность электростанций в мире, использующих ВИЭ, уже в 2010 г. превысила мощность всех АЭС и составила 388 ГВт.

«Постиндустриальная» эпоха стала реальностью. По-прежнему нужны сталь и уголь, но всё больше требуется индия, галлия, теллура.

Турбину современного самолёта невозможно сделать без кобальта и рения, волоконно-оптический кабель – без германия, в конструкции мобильного телефона используется 40 различных материалов, в компьютере, который запросто размещается на ладони, – 60, в том числе индий, галлий, мышьяк, литий, тантал, кобальт и др. Как следствие, после периода роста потребности в энергии всех видов произойдёт некоторое замедление или стабилизация выработки энергии. В 2010 г. человечеству потребовалось около 17 300 тераватт-часов, в 2020 г. ожидается 22 840 ТВт-час, а в 2030 г. – 28 900 ТВт-час электрической энергии. Наряду с этим человечество будет вынуждено всё более минимизировать воздействие на окружающую среду и компенсировать «климатическую разбалансировку», в том числе определяя развитие энергетики.

Так, человечество, несмотря на кризисы, постоянно возвращается к идее использования возобновляемых источников энергии. Мировые инвестиции в эту область достигли в 2011 г. уровня 260 млрд. долл., что в пять раз больше, чем 53,6 млрд. долл., истраченных в тех же целях в 2004 г.

Ещё в 1997 г. ЕС впервые сформулировал «дорожную карту» внедрения ВИЭ к 2010 г., которая довольно точно совпала с действительностью, а по солнечной энергетике была превышена в 8 раз!

Результат: из 55 ГВт новых мощностей, которые были введены в ЕС в 2010 г., 22,7 ГВт пришлись на ВИЭ. Следующая программа предполагает достижение 20% выработки всей электроэнергии из ВИЭ в 2020 г. в 20 странах ЕС.

С 1990 г. производство солнечных элементов (СЭ) увеличилось более чем в 500 раз. Мировой оборот в этой индустрии составил в 2010 г. 82 млрд долл. В свою очередь, непрерывно растут инвестиции в солнечные технологии — с 40 млрд евро в 2010 г. до (как ожидается) более чем 70 млрд евро в 2015 г.

Производство солнечных батарей (ГВт в год) по регионам и годам. Красная линия – суммарно в мире (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA), в 2011 г. в мире было подключено 27,7 ГВт новых солнечных станций. В результате суммарная установленная мощность всех этих станций в мире достигла 67,4 ГВт, и по этому показателю фотовольтаика вышла на третье место среди ВИЭ (после гидро- и ветроэнергетики).

2011 г. был также ознаменован расширением круга «гигаваттных рынков» — к Германии и Италии присоединились Китай, США, Франция и Япония. Так, за год в Италии было подключено 9 ГВт новых станций, в Германии — 7,5 ГВт, в Китае – 2 ГВт, в США – 1,6 ГВт, во Франции – 1,5 ГВт, в Японии – 1,1 ГВт.

Лидеры сменяются быстро.

Только недавно крупнейшей в мире солнечной электростанцией на основе фотовольтаики была канадская Sarnia с 97 мегаваттами установленной мощности, но в минувшем году её сместили с пьедестала украинский солнечный парк «Перово» на 100 МВт и китайский комплекс Huanghe Hydropower Golmud Solar Park на 200 МВт. В Калифорнии продолжается строительство абсолютного рекордсмена — солнечной электростанции на 392 мегаватта ISEGS. Это комплекс установок термального типа («солнечная башня»). В списке крупнейших электростанций на базе солнечных батарей Waldpolenz Solar Park, расположенный близ Лейпцига, занимает всего лишь 16 позицию со своими 52 мегаваттами номинальной мощности. Зато это самый крупный в мире «солнечный парк» на основе тонкоплёночных модулей (в данном случае — из теллурида кадмия).

По сообщению информационной службы Всемирной ядерной ассоциации (WNA), до 2030 г. Германия намерена вложить 1,848 трлн долл. в развитие ВИЭ и планирует в течение нескольких ближайших лет осуществить «энергетическую революцию», в результате которой в центре новой системы электроэнергетики окажутся технологии возобновляемой энергетики.

К 2020 г., за два года до намеченного срока полного закрытия своих атомных станций, Германия планирует сократить выбросы парниковых газов на 40%, удвоить количество возобновляемых источников энергии, чтобы вырабатывать с их помощью до 35% электричества в стране и сократить основное потребление электроэнергии на 20%.

Испанская солнечная электростанция Gemasolar — первая в мире, способная работать и ночью (фото Torresol Energy).

Сегодня конечная стоимость «под ключ» 1 Вт в крупной солнечной станции составляет 2,5-2,8 евро/Вт, к 2020 г. ожидается её снижение до 0,9-1,5 евро/Вт, а к 2030 г. – до 0,7 евро/Вт. При этом стоимость вырабатываемой такой станцией электроэнергии сегодня составляет 0,15 — 0,29 евро/кВт-час, к 2020 г. может снизиться до 0,07 – 0,17 евро/кВт-час, к 2030 году – до 0,04 евро/кВт-час.

2011 г. принёс революционные изменения в стоимости солнечной энергетики. Установившиеся к концу этого года цены на 1 Вт в модуле в диапазоне 1-1,1 долл. демонстрируют практически 40-процентное снижение цен по сравнению с уровнем в 1,8 долл.

, характерным для первого квартала 2011 г. А это означает, что реальная динамика снижения стоимости солнечной энергии превзойдёт приведённые прогнозы.

И уже в 2012 году стоимость «солнечного» и «традиционного» киловатта электроэнергии в некоторых районах мира сравняются.

В целом же различными сценариями предполагается, что к 2020 г. в мире будет установлено 350-600 ГВт «солнечных» мощностей, которые будут вырабатывать 100-400 миллиардов кВт-час электроэнергии, а к 2030 г.

– 1080 – 1800 ГВт, которые будут вырабатывать 200-1400 млрд кВт-час электроэнергии. Таким образом, доля «солнечного» электричества в общемировой выработке электроэнергии уже к 2020 г.

составит 4-7%, а в Европе 12 %.

Все эти прогнозы основываются на технологиях, которые сегодня реально существуют. Это освоенные в промышленности солнечные элементы на базе кремния, CdTe, GaAs/Ge, существующие аккумуляторы, инверторы и прочее. Безусловно, технический прогресс будет так же стремительно продолжаться, но нет необходимости ждать появления новых, невиданных сегодня решений.

Уже сейчас понятно, что солнечная энергетика способна в стать основой мировой энергетики.

Например, сегодня учёные из разных стран мира проводят моделирование параметров солнечной энергетической системы. Предлагается создать глобальную энергосистему из солнечных станций, равномерно расположенных в экваториальном поясе Земли так, чтобы часть станций всегда находилась на дневной стороне. Все электростанции должны быть соединены линией электропередачи с малыми потерями.

При моделировании КПД солнечных станций принимался равным вполне реалистичным сегодня 25%.

Подобная глобальная солнечная энергетическая система сможет генерировать электрическую энергию круглосуточно и равномерно в течение года в объеме 17 300 ТВт-ч/год, что превысит современное мировое потребление электрической энергии. Начало функционирования глобальной солнечной электростанции может состояться к 2050 г.

В результате реализации этого проекта доля солнечной энергетики в мировом потреблении электроэнергии может достичь 60-70%, а выбросы парниковых газов будут снижены в 10 раз. По оценкам, стоимость создания такой системы может превысить 10 трлн долл. Сумма представляется гигантской, но следует отметить, что сегодня в мире на оборону тратится ежегодно 7 трлн долл.

И это не просто умозрительные мечтания. В середине 2012 г. в Марокко планируется завершение первого этапа строительства солнечного проекта под названием Desertec Initiative, в ходе которого предполагается использовать солнечную энергию в пустыне Сахара.

Электростанция в Марокко будет представлять собой сооружение стоимостью 822 млн долл., занимающее площадь в 19,24 кв. км. Общая установленная мощность всех этапов стоимостью 2,8 млрд долл. составит 500 МВт (комбинированное производство — 100 МВт электрической энергии и 400 МВт тепловой).

Полностью электростанцию планируется построить к 2050 г.

Представители элит развитых стран хорошо понимают, что «солнечная» промышленность – сильный мотор для технической, технологической и экономической модернизации, поскольку решающую роль в ней играют инновационные технологии.

Государство, развивающее эту промышленность, получает в качестве «бесплатного бонуса» лидерство в электронике, военной технике и других жизненно важных для интересов государства областях.

Это связано с тем, что поддерживающая «экосистема» одинакова как для «солнечной» промышленности, так и электроники – образование, научные школы, НИР, производители материалов и пр.

Снижение выбросов парниковых газов (эта проблема вполне реальна, независимо от того, как относиться к причинам запуска механизма «разбалансировки») к 2030 г. может составить 900 млн тонн СО2.

Солнечная энергетика – крупный работодатель. Благодаря развитию альтернативной энергетики в последние годы в Германии создано более 300 тысяч новых рабочих мест.

Солнечная энергетика может обеспечить работу как высококвалифицированных кадров (планирование, менеджмент, научные разработки), так и просто квалифицированных рабочих (установка, серийное производство). К 2030 г.

в мире возможно создание в солнечной энергетике 2,6-3,5 млн рабочих мест/год.

Как только солнечная энергетика стала пробивать себе дорогу в мир большой электроэнергетики, вскрылись проблемы, присущие традиционной электроэнергетике. Корень «зла» для электроэнергетики заключён в неравномерном графике нагрузки, как суточном, так и годовом. Мощность электросети должна рассчитываться на пиковые нагрузки, а в остальное время энергия остается невостребованной.

Современная «турбинная» электроэнергетика не обладает необходимой гибкостью. Турбины нельзя включать и останавливать когда угодно. Это обстоятельство приводит к необходимости существенного завышения общих мощностей. В фотоэнергетике проблема усугубляется еще и 100-процентной (ночь-день) вариацией мощности. Однако умножение двух «минусов» при использовании в единой энергосистеме дает «плюс».

Солнечная энергетика включается с восходом солнца.

В крупных странах уже сегодня возможно использование комбинированной энергосети, в которой потребители электроэнергии распределены по часовым поясам, в результате чего энергия передаётся в те районы, где наступает пик потребления из тех районов, где светит солнце. Контуры такой единой «умной» энергосистемы, созданной без избыточных мощностей, сегодня только прорабатываются, но они вполне заметны.

Что всё это означает для России?

В 2010 г. в мире добыто 2,3 млрд тонн железной руды и выплавлено 1,4 млрд тонн стали. Сегодня миру нужны наши нефть и газ. Но в будущем мире не нужно будет столько стали для газо- и нефтепроводов, а также буровых вышек.

Уже через 10-20 лет миру не нужно будет столько нефти и газа, сколько мы продаём сегодня. Но будут нужны кремний, германий, индий, стекло… Это определит и изменения на рынке труда.

Будут нужны физики, химики, технологи, операторы, квалифицированные конструкторы, специалисты-монтажники.

Когда сегодня говорится о 25 млн рабочих мест, которые будут нужны завтрашней России, следует понимать, что эти рабочие места нужны для завтрашней структуры экономики и энергетики.

Примечательно, что в регионах, перспективных с точки зрения использования солнечной энергетики (Северный Кавказ, Сибирь, Дальний Восток), сегодня существует относительно высокий уровень безработицы.

Таким образом, солнечная энергетика может значительно помочь в социально-экономическом развитии регионов России.

И ещё один важный вывод. 8 января 2009 г.

распоряжением Правительства РФ были утверждены «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года», в которых устанавливаются следующие значения показателей объёма производства электроэнергии с использованием ВИЭ: в 2010 г. – 1,5% (или около 17 млрд кВт-ч); в 2015 г. – 2,5 % (или около 33 млрд кВт-ч); в 2020 г. – 4,5% (или около 70 млрд кВт-ч).

Конечно, появление этого документа говорит о том, что в России всё-таки начинает формироваться на уровне государственной политики понимание того, что потенциал сырьевой экономики постепенно иссякает.

Однако представляется, что конкретные шаги по формированию механизмов реализации этой политики по-прежнему отсутствуют, а намеченные показатели являются скорее не ориентиром для развития, а дезориентацией.

Создаваемый сегодня рынок альтернативной энергетики имеет глобальный характер и ведёт к созданию десятков миллионов рабочих мест. Неучастие России в этом процессе уже сегодня лишает её возможности создавать эти рабочие места у себя, оставляя её за бортом разворачивающейся в мире гонки за энергоэффективностью и, в конечном счёте, делая её всё менее конкурентоспособной.

В этом смысле ближайшие 10-15 лет станут для России важнейшими. В том случае, если мы будем продолжать двигаться к намеченному ориентиру в 4,5% к 2020 г. – безнадёжное отставание станет неизбежным.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайта membrana.ru.

Читайте также:  Основные параметры переменного тока

Источник: http://fea.ru/news/3323

Перспективы солнечной энергетики

НПП “Квант” — ведущее предприятие в области создания средств автономной энергетики в России и за рубежом, решившее первыми в мире задачу энергетического обеспечения космических полетов.

Основным направлением деятельности НПП “Квант” является разработка методов прямого преобразования различных видов энергии (химической, солнечной, тепловой) в электричество и создание на их основе автономных источников электропитания, широко используемых в космосе, в различных областях наземного производства и специальной технике. Наш корреспондент беседует с генеральным директором НПП КВАНТ Плехановым С.И.

AEnergy: Сергей Иванович, в мире бушуют экономические кризисы. В общественном сознании солнечная энергетика – дорогое удовольствие для богатых стран. Вы считаете своевременным разговоры о развитии солнечной энергетики?

Плеханов С.: Человечество почему-то, несмотря на кризисы, упорно возвращается к идее возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Мировые инвестиции в ВИЭ достигли уровня 260 млрд долл. в 2011 г., что почти в пять раз больше 53,6 млрд долл.

, которые были потрачены в 2004 г.

Если исключить версию «экономического мазохизма», присущего всем финансово-политическим элитам развитых стран, то приходится признать, что мы имеем дело с длительной, осмысленной программой, своеобразным «Манхэттенским проектом», осуществляемым целой группой стран.

АЕ: И каков результат этой мировой программы?

ПС: По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA) в 2011 г. во всем мире было подключено около 28 ГВт новых солнечных станций. Суммарная установленная мощность всех станций в мире достигла 67,4 ГВт. Существующая программа предполагает достижение 20% выработки всей эл.

энергии из ВИЭ в 2020 г. в 20 странах ЕС. Германия намерена вложить 1,848 трлн долл. до 2030 г. в развитие ВИЭ, сообщает информационная служба Всемирной ядерной ассоциации (WNA).

Германия запланировала в течение нескольких лет осуществить “энергетическую революцию”, в результате которой в центре новой системы электроэнергетики окажутся технологии возобновляемой энергетики. К 2020 г.

, за два года до полного закрытия своих атомных станций, Германия хочет сократить выбросы парниковых газов на 40%, удвоить число возобновляемых источников энергии, чтобы вырабатывать 35% электричества в стране, и сократить основное потребление электроэнергии на 20%.

АЕ: но ведь солнечная энергетика действительно дорога – солнечный кВТ·ч дороже традиционного, и правительства дотируют эту разницу, тратя на это большие суммы?

ПС: Боюсь, скоро нам придется расстаться с этим устойчивым мифом. Если сегодня конечная стоимость «под ключ» 1 Вт в крупной солнечной станции составляет 2.5-2.8 €/Вт, то в 2020 г. она составит 0.9-1.5 €/Вт, а в 2030 г. – около 0.7 €/Вт. Стоимость выработанного этой станцией эл.энергии составляет 0.29-0.

15 €/кВт·ч, к 2020 г. – составит 0.07-0.17 к€/Вт·ч, а к 2030 – 0.04 €/кВт·ч. 2011 г. принес революционные изменения в стоимости солнечной энергетики, Установившиеся в 2011 г. цены на 1 Вт в модуле в диапазоне 1,00 – 1,10$ означают почти 40% понижение цен по сравнению с уровнями в 1,80$ в первом квартале 2011 г.

А это значит, что реальная динамика снижения стоимости солнечной энергии превзойдет приведенные прогнозы. Равенство стоимости «солнечного» киловатта и «традиционного» в некоторых районах мира будет достигнут уже в текущем году. В целом же, разными сценариями предполагается, что к 2020 г.

в мире будет установлено 350-600 ГВт «солнечных» мощностей, которые будут вырабатывать 100-400 КВт·час электрической энергии, а к 2030 г. – 1080–1800 ГВт, которые будут вырабатывать 200-1400 КВт·ч электрической энергии. Это означает, что доля «солнечного» электричества в общемировой выработке эл.энергии уже к 2020 г.

составит 4-7%, а в Европе 12%.

АЕ: И все же – единицы или даже несколько десятков процентов от общего количества мировой выработки… Важно ли об этом говорить именно сегодня?

ПС: А если говорить о новых построенных мощностях – то из 55 ГВт новых мощностей, которые были введены в действие в ЕС в 2010 г., то мы обнаружим, что более 40% — 22.7 ГВт приходятся на ВИЭ. Это уже серьезно. Это четкое определение вектора развития и опасно не замечать нового. Вспомните школьный учебник с лягушкой в воде, которая начинает нагреваться… Она плохо кончила.

АЕ: А разве для широкого внедрения не следует подождать развития новых, более совершенных технологий преобразования солнечного света в электричество? Это еще одно распространенное мнение…

ПС: Важно понять, что все эти прогнозы базируются на вещах, которые сегодня реально существуют, Это освоенные промышленностью солнечные элементы на базе кремния, CdTe, CIGS, GaAs/Ge, существующие аккумуляторы, инверторы и прочее.

Конечно, технический прогресс будет стремительно продолжаться также, как и предыдущие 30 лет, но нет необходимости ждать появления новых, невиданных сегодня технических решений. Существующие сегодня решения уже формируют завтрашнюю энергетику и открывают сегодня «окна возможностей».

Например, сегодня ученые в разных частях мира проводят моделирование параметров глобальной солнечной энергетической системы. Предлагается создать глобальную энергосистему из солнечных станций, равномерно расположенных в экваториальном поясе Земли таким образом, чтобы часть станций всегда находилась на дневной стороне Земли.

Все электростанции должны быть соединены линией электропередачи с малыми потерями. При моделировании КПД солнечных станций принимался равным вполне реалистичным сегодня 25%. Такая глобальная солнечная энергетическая система генерирует электрическую энергию круглосуточно и равномерно в течение года в объеме 17300 ТВт·ч/г.

, превышающем современное мировое потребление электрической энергии. Начало функционирования глобальной солнечной возможно 2050 г. В результате реализации проекта доля солнечной энергетики в мировом потреблении электроэнергии может составить 60-70%, а выбросы парниковых газов будут снижены в 10 раз.

АЕ: Не стало ли это наивными мечтаниями после череды революций «арабской весны»? “Sunbelt” — самые солнечные районы мира – они же и самые политически нестабильные…

ПС: Возможно, сегодня, да. А через 30 лет? Опасно сегодняшние реалии распространять в будущее.

Профессор Eicke Weber (глава Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, во Фрайбурге) напоминает, что в 1850 г. треть ВВП США обеспечивалось производством китового жира. Он был тогда единственным жидким горючим материалом и играл, например, огромную роль при освещении помещений.

Спустя всего десять лет эта отрасль экономики была буквально стерта с лица земли, поскольку появились другие решения.

В качестве прообраза упомянутой системы уже в середине 2012 г. в Марокко планируется завершение первого этапа строительства солнечного проекта под названием Desertec Initiative, в ходе которого предполагалось использовать солнечную энергию пустыни Сахара.

Электростанция в Марокко — сооружение стоимостью 822 млн долл., занимающее площадь в 19,24 км², и вырабатывающее 150 МВт электроэнергии в год. Общая установленная мощность всех этапов стоимостью 2,8 млрд. долл. составит 500 кВт. Полностью электростанцию планируется построить к 2050 г.

Кроме того, есть не менее солнечные, но стабильные Австралия, Калифорния.

АЕ: Зачем еще надо развивать солнечную энергетику?

ПС: Это целый «пазл» взаимозависимых и взаимодополняющих соображений. Элиты развитых стран понимают, что солнечная промышленность – сильный мотор для технической, технологической, экономической модернизации.

Государство, развивающее солнечную промышленность, получает в качестве «бесплатного бонуса» лидерство в электронике, военной технике и др. жизненно важных для интересов государства областях. Министерство обороны США существенно увеличивает расходы на альтернативные источники энергии – к 2030 г. они превысят 10 млрд долл. в год.

Ежегодные военные расходы на экологически чистую энергетику с 2006 по 2009 г. уже выросли на 300%, с 400 млн долл. до 1,2 млрд долл.

В 2010 г. Пентагон потратил на энергию, в т.ч. на обеспечение военных баз,15,2 млрд долл. Согласно данным Pew Charitable Trusts, американская армия потребляет более 47 млн л нефти в сутки, что выше ежедневного потребления энергии Грецией. Но уже к 2025 г. планируется 25% этого количества получать из возобновляемых источников.

Второе соображение — солнечная энергетика – крупный работодатель. Благодаря развитию альтернативной энергетики, в последние годы в Германии создано более 300 тысяч новых рабочих мест.

Солнечная энергетика может обеспечить работу, как высококвалифицированных кадров (планирование, менеджмент, научные разработки), так и просто квалифицированных рабочих (установка, серийное производство). К 2030 г.

в мире возможно создание 2.6 – 3.5 млн рабочих мест/год в фотоэнергетике.

АЕ: А есть какие-либо еще «земные» сегодняшние причины, по которым надо развивать солнечную энергетику?

ПС: — как только фотоэнергетика стала пробивать себе дорогу в мир «большой» электроэнергетики, вскрылись проблемы, присущие традиционной электроэнергетике.

Огромная проблема традиционной электроэнергетики заключена в неравномерном графике нагрузки, как суточном, так и годовом. Мощность электросети должна рассчитываться на часы “пик”, а в остальное время энергия остается невостребованной. Современная «турбинная» электроэнергетика не обладает гибкостью.

Турбины нельзя включать и останавливать когда угодно. Это приводит к необходимости существенного завышения общих мощностей. В фотоэнергетике проблема усугубляется еще и 100%-ной (ночь-день) вариацией мощности. Но сложение двух «минусов» при использовании в единой энергосистеме дает неожиданный «плюс».

В крупных странах уже сегодня возможно использование комбинированной электросети, в которой потребители электроэнергии распределены по часовым поясам, в результате чего энергия передается в те районы, где наступает пик потребления из тех районов, где светит яркое солнце.

Контуры такой единой «умной» энергосистемы, созданной без избыточных мощностей, сегодня только прорабатываются, но они видны.

АЕ: Солнечная энергетика в массовом сознании ассоциируется с жаркими странами. Россия – пасмурная страна…

ПС: Давайте попробуем отказаться от взгляда жителя Москвы или Санкт-Петербурга. Во-первых, в России есть свой «sun-belt» — цепочка районов, перспективных с точки зрения солнечной инсоляции (Северный Кавказ, Сибирь, Дальний Восток). Заметим, что эти же районы крайне важны для государства по целому ряду других причин.

Для их развития просто напрашивается отдельная программа… Во-вторых, солнечная энергия может быть востребована в достаточно неожиданных проявлениях. Так, американские ученые из Университета Арканзаса предложили в 2011 г.

использовать солнечную энергию для защиты взлетно-посадочных полос от замерзания – крайне актуальный вопрос для аэропортов Сибири. В настоящее время система представлена в виде образца двухслойного участка взлетно-посадочной полосы. Нижний слой представляет собой монолитную плиту размером 6,1 на 7,3 м из непроводящего тепло бетона.

Верхний слой состоит из двенадцати панелей, каждая из которых имеет размеры 1,2 на 3 м. Расположенная рядом установка с фотоэлектрическими элементами преобразует солнечный свет в энергию, сохраняет ее в аккумуляторах, а затем подает питание на электроды, встроенные в теплопроводящие панели.

Результаты первых испытаний системы показали, что теплопроводящие бетонные панели во много раз быстрее растапливают лед, чем это можно сделать с помощью существующих сегодня методов.

АЕ: Что все это означает для России, в которой доля солнечной энергетики сегодня составляет доли процента?

ПС: Представляется, что сегодня окружающая нас действительность создала «окно возможностей», которого не было еще 5 лет назад. Это означает, что подходы к развитию энергетики (и экономики в целом) надо пересматривать сегодня. В будущем мире не нужно будет столько стали для газо-и нефтепроводов, а также турбин.

Но нужны будут кремний, германий, стекло, индий. Это определяет изменения и в структуре экономики и в рынке труда. Нужны будут физики, технологи, специалисты-монтажники. Когда мы говорим о 25 млн. рабочих мест, которые нужны завтрашней России, мы должны понять, что эти рабочие места нужны для завтрашней структуры энергетики и экономики.

Читайте также:  Позиционные регуляторы и двухпозицонное регулирование

И еще один важный вывод. В 2009 г.

распоряжением Правительства РФ были утверждены «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года», в которых устанавливаются что объем производства электрической энергии с использованием ВИЭ в 2020 г.

должен достичь 4,5% . В свете вышесказанного, представляется, что это не ориентир развития, а скорее дезориентация. Создаваемый рынок альтернативной энергетики – огромный мировой рынок. Это новые десятки и сотни миллионов рабочих мест. Неучастие в этом процессе России лишает ее необходимых рабочих мест. Мы остаемся вне гонки за энергоэффективностью.

Мы становимся все более неконкурентными. Хотя в России формируется понимание, что потенциал сырьевой экономики иссякает, на уровне государственной политики нет пока конкретных шагов по формированию необходимых механизмов. Для примера — в феврале с.г.

Минэнерго разослало по правительству проект комплекса мер стимулирования электрогенерации на основе ВИЭ. Основное предложение Минэнерго в том, что предлагается осуществлять поддержку генерирующих объектов, работающих на ВИЭ, через рынок мощности, а не через «зеленый тариф», как в большинстве стран, в.т.ч.

у наших не самых богатых соседей – Украины, Казахстана. Подобный подход, по мнению Минэнерго, «позволит снизить социальную нагрузку и инвестиционные риски». Думается, что ВИЭ с колеблющимися показателями производства (солнечные станции) вряд ли получат хоть какое-либо преимущество. Это означает, что создания по-настоящему эффективного механизма развития солнечной энергетики даже не планируется. Ближайшие 10-15 лет в этом смысле станут важнейшими. Если мы останемся с 4.5% ВИЭ к 2020 г. – мы безнадежно отстанем.

АЕ: Сергей Иванович, большое спасибо за разговор.

Плеханов Сергей Иванович — генеральный директор ОАО «НПП «Квант», родился 9 августа 1953 года в селе Бемыж Кизнерского района Удмуртской АССР. После окончания в 1976 году Ижевского механического института по специальности «Производство летательных аппаратов» он пришел на работу в НПО прикладной механики (г. Железногорск).

Работал инженером, ведущим инженером, инженером-конструктором 1-й категории. С 1995 года находился на руководящих должностях в АООТ «Сервисаэроконтроль», ОАО «Северный воздушный мост», ОАО «НПО ПМ-Развитие», ФГУП «НПО ПМ имени академика М.Ф. Решетнёва», ГП НПО «Геофизика», ОАО «ИСС» имени академика М.Ф.

Решетнёва, часто выполняя функции антикризисного управления предприятиями в сложные для космической отрасли годы. С 2010 г. генеральный директор ОАО «НПП «Квант».

Публикации по теме:

Источник: http://aenergy.ru/4058

Перспективы развития солнечной энергетики в России

Евсеев Фёдор Александрович1, Алиев Азим Энверович1, Богданова Екатерина Владимировна1
1Югорский государственный университет, студент 3-го курса

Evseev Fedor Aleksandrovich1, Aliyev Azim Enverovich1, Bogdanova Ekaterina Vladimirovna1
1Ugra State University, student of 3rd year

Библиографическая ссылка на статью:
Евсеев Ф.А., Алиев А.Э., Богданова Е.В. Перспективы развития солнечной энергетики в России // Современная техника и технологии. 2016. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2016/04/10023 (дата обращения: 23.09.2018).

В настоящее время большое внимание уделяется исследованиям возможностей альтернативных источников энергии. Исчерпываемые природные ресурсы в скором времени не смогут обеспечить энергией человечество, так как их запасы приходят в кризисное состояние [1].

Поэтому человечество должно переходить на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) –  в первую очередь на солнечную энергетику.

Солнечная энергия — возобновляемый и неисчерпаемый источник энергии, который используется как для получения тепловой, так и электрической энергии [2-4]. Солнечная энергетика является относительно новым способом производства электроэнергии.

Основным достоинством этой энергии является экономичность и экологичность процесса его производства, что, в конечном счете, дает более высокий эффект, чем традиционные способы получения энергии.

Человечество с древних времен начало использовать энергию солнца для нагрева, получения огня. Спустя тысячелетия, построив паровую машину, человек теплоту преобразовал в механическую энергию. Наконец в век электричества механическую энергию стали превращать в электрическую.

Первыми искусственными аккумуляторами солнечной энергии стали различные устройства для нагревания воды.

Потом пошли в ход зеркала, концентрирующие отраженные лучи Солнца, и появилась возможность не только запасать солнечное тепло в нагретой воде, но и превращать его в электричество.

Начало фотовольтаики положено открытием Э. Беккереля (1839г), опытами А. Столетова (1888г) и теорией Эйнштейна. Фотовольтаика активно исследовалась в первую очередь в космических державах СССР и США.

В СССР еще в 30-х годах 20 века проводились исследования в Ленинградском ФТИ АН СССР под руководством А. Ф. Иоффе.

В результате этих исследований были созданы солнечные элементы (СЭ) на основе кристаллов кремния, установленные, в частности, на 3-м искусственном спутнике Земли (1958 год).

В 1984 году государственной премией была удостоена группа Ж. Алферова за создание новых структур СЭ. Коэффициент полезного действия этих структур составлял 30%.

По мнению Ж.Алферова при затратах на создание солнечных электростанций (СЭС) равных 15% от затрат на создание АЭС, СЭС покрыли бы объем производства энергии на существующих АЭС.

Началу применения солнечной энергии в крупных масштабах дали толчок нефтяные кризисы 1973 – 1979 годов. В 1983 г. были построены опытные СЭС с паровой турбиной в США (10 МВт), Франции (2.5МВт), Испании (1.

0МВт), менее мощные построены в Японии и Италии.

В СССР первая СЭС такого типа была построена в Крыму в 1985 году. Она имела 5 МВт, проработала до развала СССР. В то время суммарная мощность СЭС зарубежных стран составляла 21МВт. В СССР существовал так же проект солнечно-топливной электростанции (СТЭС) в Узбекистане (320МВт).

Начиная с 90-х годов прошлого века развитие солнечной энергетики в нашей стране приостановилось в силу известных негативных социально- экономичных процессов, происходивших в нашей стране. В этот период продолжалось интенсивное развитие солнечной энергетики в других странах. Быстрыми темпами развивалась фотовольтаика.

В настоящее время доля нашей страны в общем объеме производства энергии на СЭС составляет менее 1%. Суммарная мощность зарубежных СЭС к 2016 году достигла 210 ГВт.

Наибольший объем энергии производится в Германии (44,6 ГВт), затем следует Китай (29,3 ГВт), Италия (26,3 ГВт), Япония (15,9 ГВт), США (14,7 ГВт), Испания (6,6 ГВт), Франция (8 ГВт) и т.д.

По прогнозам доля электроэнергии производимой на СЭС в ближайшие десятилетия будет нарастать на 25-30% ежегодно (Рис. 1.).

Рисунок 1. Динамика мирового производства электроэнергии на СЭС

К 2016 году в России имеется 10 предприятий по производству солнечных элементов (СЭ). Годовое производство по мощности СЭ составляет 160 МВт. Они производят, СЭ на основе поли – и монокристаллического кремния.

В число этих предприятий входят предприятия Краснодара, Москвы, Рязани и др.

В 2014 году в городе Новочебоксарске введён в производство завод «Хевел», который занимается изготовлением тонкопленочных фотоэлектрических панелей.

Первая в России СЭС на основе кремниевой кристаллической СЭ построена в 2010 году в Белогородской области с выработкой электроэнергии 133 МВт*ч в год.

В 2010-2013 годах построены четыре СЭС в Крыму с общей мощностью более 200 МВт. В 2014 году построена СЭС в городе Каспийск мощностью 5 МВт.

 Совсем недавно закончилось строительство СЭС в Оренбургской области мощностью 25 МВт и в Республике Хакасия мощностью 5,2 МВт. Крупнейшая СЭС строится в Хунзахском районе Дагестана, мощность, которой должна будет достигать 45 МВт.

Планируется ввод в эксплуатацию в 2016 году 2-й очереди Бурибаевской СЭС на основе фотовольтаики (10 МВт).

В ближайшее время, имеются проекты построения СЭС в Челябинской и Херсонской областях, на основе СЭ завода «Хевел» и проекты по строительству СЭС к 2020 году на Алтае, в Сибири и Ставрополье и др.

К 2020 году планируется довести долю солнечной электроэнергетики в России до 5% по отношению к объему всей электроэнергетики. Следует отметить, что по условиям постановления №449, правительство имеет довольно амбициозные планы, так к 2018 году планируется ввести порядка 850 МВт (Таблица №1) мощностей на основе СЭС.

К 2020 году общая доля солнечной электроэнергетики в России по отношению к объему всей электроэнергетики составит 5%.

Таблица №1. Ввод мощностей по годам

Год ввода 2014 2015 2016 2017 2018 Итого
Объем мощности, МВт 35,2 140 195 255 230 849,5

Вывод. Таким образом, в 90-х годах прошлого столетия наша страна уступив передовые позиции в области солнечной энергетики, в последние годы активизирует деятельность в этой перспективной области науки и техники. Условия развития для этой отрасли в России имеются.

Есть научный потенциал и опыт эксплуатации СЭС, имеются большие по площади территории, где инсоляция достаточно высока. Такими регионами являются Северный Кавказ, Краснодарский край, Юг Сибири, Дальний Восток, Центральные районы и др. Особенно востребованы СЭС в тех регионах, где до настоящего времени отсутствует централизованное электроснабжение.

Общая численность населения таких регионов составляет около 10 миллионов человек.

Библиографический список

  1. Евсеев Ф.А. Прогноз потребления солнечной энергетики в ближайшем будущем // , 2014. . С. 69-73.
  2. Ю.Н. Малевского, М.М. Колтуна. Солнечная энергетика // М.: Мир, 1979, 220 с.
  3. Н.Н. Семенова, А.Е. Шилова. Преобразование солнечной энергии // М.: Наука, 1985, 184 с.
  4. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения // Л.: Наука, 1989, 310 c.

Источник: http://technology.snauka.ru/2016/04/10023

Солнечная энергетика: состояние и перспективы

УДК 620 (075.8)

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Усков Антон Евгеньевич

старший преподаватель, 9184349285@mail.ru

Г иркин Артём Сергеевич студент, bleachyda@mail.ru

Дауров Адам Вячеславович студент

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

В статье рассматриваются основные недостатки и характеристики солнечных электростанций, особенности их конструкции, работы и перспективы

Ключевые слова: СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ, ПОТЕНЦИАЛ

UDC 620 (075.8)

SOLAR POWER: CONDITION AND PROSPECTS

Uskov Anton Evgenevich

senior lecturer, 9184349285@mail.ru

Girkin Artem Sergeevich student, bleachyda@mail.ru

Daurov Adam Viacheslavovich student

Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia

In article the basic lacks and characteristics of solar power stations, features of their design, work and prospect are considered

Keywords: SYSTEM OF INDEPENDENT ELECTROSUPPLY, SOLAR ENERGY, POTENTIAL

Многочисленные исследования подтверждают тот факт, что при существующих темпах научно-технического прогресса к 2020 г.

органическое топливо (нефть, газ, уголь и торф) не сможет в полном объеме удовлетворять потребности мировой энергетики.

Поэтому традиционные системы электроснабжения, в том числе автономного, работающие на традиционном топливе, как бы они не развивались технически, но они обречены на бесперспективность в будущем [1, 2].

Одним из перспективных направлений решения проблемы энергоснабжения потребителей является разработка и внедрение возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ). По прогнозам, их доля в мировом потреблении в 2020 г составит около 24%, а уже в 2040 г. — около 50% [3].

Как известно, Солнце является источником жизни планеты Земля. Одной из важных характеристик солнечного излучения является продолжительность солнечного сияния.

Атмосфера (озон, водяной пар и двуокись углерода) поглощает (абсорбирует) солнечное излучение определённых дли волн. Существенное

ослабление (уменьшение) в большей части ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра является результатом поглощения и обуславливает процесс экологического влияния на климат Земли.

Поверхность, перпендикулярная к падающему прямому солнечному излучению, как правило, имеет наивысшее значение интенсивности излучения. Поскольку расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года в пределах 150 млн. км, то величина солнечного излучения также изменяется в пределах от 1325 до 1420 Вт/м [3].

Солнечные лучи, которые достигают поверхности Земли, подразделяют на два вида: прямые и рассеянные. Прямые солнечные лучи — это те, которые берут начало у поверхности Солнца и достигают поверхности Земли.

Читайте также:  Должностные обязанности, права и ответственность специалистов электротехнической службы

Мощность прямого солнечного излучения зависит от чистоты (ясности) атмосферы, высоты солнца над линией горизонта (зависит от географической широты и времени дня), а так же от положения поверхности по отношению к Солнцу. Рассеянные солнечные лучи поступают из верхних слоев атмосферы и зависят от того, каким образом прямые солнечные лучи отражаются от Земли и окружающей среды.

Благодаря повторяющемуся процессу отражения между покрытой снегом поверхностью Земли и нижней стороной облаков мощность рассеянного солнечного излучения может достигать больших значений.

Солнечные лучи несут с собой неиссякаемый поток энергии. Они постоянно доставляют на Землю большее количество энергии, чем нам сегодня необходимо. Годовое количество поступающей на Землю солнечной

18

энергии составляет 10 кВт ч, при этом, на поверхность суши приходится около 20% этой энергии.

Солнечная энергия, достигшая поверхности Земли, несет с собой тепло, испаряет воду, образует ветер и движение воды в морях и океанах, дает жизнь растениям.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее.

Солнечное излучение преобразуется в электрическую энергию постоянного тока фотоэлементами. Большинство фотоэлементов представляют собой кремниевые полупроводниковые фотодиоды. Энергетические характеристики фотоэлементов в основном определяются следующими параметрами: интенсивностью солнечного излучения, величиной нагрузки, рабочей температурой.

Основными недостатками солнечных фотоэлектрических станций являются (СФЭС):

— высокая стоимость фотоэлементов, преобразующих солнечную радиацию в электроэнергию постоянного тока;

— применение инверторов, осуществляющих преобразование электроэнергии постоянного тока в электроэнергию переменного тока, понижают их КПД;

— наличие аккумуляторных батарей, применяющих в качестве резервных источников, и обеспечивающих бесперебойное электроснабжение потребителей, значительно повышает стоимость солнечной электростанции.

Эти недостатки приводят к тому, что в настоящее время стоимость электроэнергии, вырабатываемую с помощью СФЭС, превышает в несколько раз стоимость электроэнергии, вырабатываемую от традиционных источников электроэнергии.

Поскольку удельная стоимость солнечной электростанции не зависит от ее размеров и мощности, в ряде случаев целесообразно модульное размещение СФЭС на крыше сельского дома, коттеджа, фермы. Собственник СФЭС будет продавать электроэнергию энергосистеме в дневное время, и покупать ее у энергетической компании по другому счетчику в ночные ча-

сы. Преимуществом такого использования, помимо политики поощрения малых и независимых производителей энергии, является экономия на опорных конструкциях и площади земли, а также совмещение функции крыши и источника энергии.

Учитывая, что 1 кг кремния в солнечном элементе вырабатывает за 30 лет 300 МВт ч электроэнергии, легко подсчитать нефтяной эквивалент кремния.

Прямой пересчет электроэнергии 300 МВт ч с учетом теплоты сгорания нефти 43,7 МДж/кг даёт 25 т нефти на 1 кг кремния.

Если принять КПД тепловых электростанций, работающей на мазуте, 33%, то 1 кг кремния по вырабатываемой электроэнергии эквивалентен примерно 75 тоннам нефти [3].

В связи с высокой надежностью срок службы СФЭС по основной компоненте — кремнию и солнечным элементам может быть увеличен до 50 — 100 лет. Для этого потребуется исключить из технологии герметизации полимерные материалы.

Единственным ограничением может явиться необходимость их замены на более эффективные. КПД 25 — 30% будет достигнут в производстве в ближайшие 10 лет.

В случае замены солнечных элементов кремний может быть использован повторно и количество циклов его использования не имеет ограничений во времени [3].

Солнце ежесекундно дает Земле более 80 тысяч миллиардов киловатт энергии, а это в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Ресурс (потенциал) солнечной энергетики оценивается тремя составляющими: валовым, техническим и экономическим ресурсами.

Валовый (теоретический) ресурс солнечной энергетики на территории России превышает ресурс ветровой энергетики почти в 2,5 раза, а малой гидроэнергетики более чем в 5000 раз.

Вследствие отсутствия многочисленных требуемых исходных данных для расчёта технического и экономического потенциала солнечной энергии, учёные принимают ряд допущений. Поэтому, результаты опреде-

ления технического и экономического потенциала солнечной энергии следует квалифицировать как экспертную оценку, так как она является единственным методом, который используется в настоящее время.

Технический ресурс солнечной энергетики при производстве электроэнергии находится умножением валового потенциала на 0,001 (принимаемая доля площади) и на 0,15 (КПД фотоэлектрических солнечных модулей) и переводится в размерность т у. т. из расчёта 0,34 кг у. т./кВт ч.

Экономический ресурс солнечной энергетики при производстве электроэнергии находится умножением годового потребления электроэнергии на 0,05% и переводится в размерность т у.т. умножением на коэффициент 0,34 кгу.т./кВт ч.

Экономический ресурс солнечной энергетики в сравнении с другими возобновляемыми источниками энергии куда более скромен. Так, он более чем в 3,5 раза меньше ветровой энергетики и примерно в 23 раза меньше малой гидроэнергетики.

Однако темпы развития солнечной энергетики предполагают в ближайшее время значительное улучшение её экономического потенциала, исходя из достигнутого уровня техники и современных экономических и хозяйственных условий.

В настоящее время метод фотоэлектрического преобразования в мире стал одним из приоритетных направлений получения солнечной электроэнергии. Это обусловлено тем, что он обеспечивает:

— максимальную экологическую чистоту преобразования энергии;

— возможность получения энергии практически в любом районе;

— значительный срок службы;

— малые затраты на обслуживание;

— независимость эффективности преобразования солнечной энергии от установленной мощности.

Прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию осуществляют солнечные фотоэлектрические элементы (батареи, установки). Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) на основе кремния трёх видов: монокристал-лического, поликристаллического и аморфного. В промышленном производстве находятся СФЭУ со следующим КПД:

1) монокристаллический: 15 — 16% (до 24% на опытных образцах);

2) поликристаллический: 12 — 13 % (до 16% на опытных образцах);

3) аморфный: 8 — 10% (до 14% на опытных образцах).

Все эти данные соответствуют так называемым однослойным элементам. В настоящее время исследуются двух- и трёхслойные фотоэлементы, которые позволяют исследовать большую часть солнечного спектра по длине волны солнечного излучения. Для двухслойного фотоэлемента на опытных образцах получен КПД 30%, а трёхслойного до 40%.

В последние годы появился перспективный конкурент для кремния в СФЭУ — арсенид галлия.

Установки на его основе даже в однослойном исполнении имеют КПД до 30% при гораздо более слабой зависимости его КПД от температуры, поскольку во время работы СФЭУ поверхности их сильно нагреваются, что приводит к снижению энергетических показателей установки. Для охлаждения таких установок применяется вода.

Важным обстоятельством является тот факт, СФЭУ отличаются относительной простотой конструкции, низкой металлоёмкостью, могут работать с одинаковой эффективностью в любом диапазоне мощности и на любой географической широте. Трудности в практической реализации строительства СФЭУ обусловлены прежде всего высокой стоимостью фотопреобразователей (10 — 12 тыс. руб/кВт).

Конструктивно СФЭУ содержит (рисунок 1):

— солнечные батареи (СБ), содержащие фотоэлементы;

— инвертор (И), выполненный на полупроводниковых приборах, как правило, в своей конструкции, содержащий трансформатор;

— аккумуляторные батареи (АБ);

— систему управления и защиты (СУЗ).

Рисунок 1 — Структурная схема СФЭУ с подключённой нагрузкой Н

Солнечные батареи СБ преобразуют энергию солнечного излучение в электрическую энергию постоянного тока.

Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, а его трансформатор осуществляет согласование напряжения солнечных батарей СБ с напряжением нагрузки Н. Аккумуляторные батареи являются резервным источником питания.

Система управления и защиты СУЗ обеспечивает стабилизацию напряжения, переход питания нагрузки от резервного источника и защиту устройства от аварийных режимов работы.

В настоящее время известны новые технические решения инверторов, выполненных с использованием трансформаторов с вращающимся магнитным полем и промежуточного высокочастотного преобразования, что позволит значительно улучшить их эксплуатационно-технические характеристики [4, 5, 6].

Особенностью работы является то, что ток СФЭУ можно увеличить с помощью параллельного включения солнечных батарей (рисунок 2, а). Солнечные батареи должны иметь одинаковое количество элементов, обеспечивающих одинаковое напряжение. Вследствие разной освещённости солнечных элементов, показанных на рисунке 2, а, генерируемые ими

напряжения будут немного отличаться друг от друга. Поэтому эффективно будет работать только один солнечный элемент. При включении солнечных элементов по схеме, показанной на рисунке 2, б, напряжения, генерируемые ими, более равномерно распределяются по солнечной батарее. Вследствие этого частичное затенение элементов не принесёт большого вреда для работы солнечной батареи.

Для увеличения напряжения СФЭУ необходимо включать последовательно элементы солнечных батарей. Напряжение в этом случае будет равно сумме напряжений на всех составляющих солнечных элементов. Ток, отдаваемый СФЭУ, будет ограничен током худшего элемента.

+ +

а) б)

Рисунок 2 — Схемы включения элементов солнечных батарей

Для СФЭУ с большой площадью солнечных панелей, состоящих из множества последовательно-параллельных соединённых ячеек, необходимо учитывать теневой эффект, который возникает при частичном затемнении панели.

Если ячейка в последовательной цепи полностью затемнена, то она из источника энергии превращается в потребителя.

Из-за последовательной связи с освещёнными ячейками в цепи протекает ток, разогревающий затенённую ячейку мощностью потерь, выделяющейся на её внутреннем сопротивлении. Таким образом, происходит уменьшение электрической мощности СБ.

Для того, чтобы уменьшить влияние теневого эффекта на энергетические характеристики СБ последовательную цепь фотоэлектрических мо-

дулей с помощью обходных диодов делят на несколько участков (рисунок 3).

Известно, что генерируемая СБ мощность увеличивается при более низких температурах. Однако максимуму мощности при различных температурах соответствуют различные напряжения. Для устранения этого недостатка СФЭУ должна иметь стабилизатор напряжения.

Рисунок 3 — Схема включения обходных диодов между солнечными элементами СБ

Величина нагрузки СБ в значительной степени влияет на величину снимаемой с неё мощности. Рабочая точка фотоэлектрической панели может быть определена как точка пересечения её ВАХ с ВАХ нагрузки.

Таким же образом может быть определена рабочая точка на пересечении энергетических характеристик фотопреобразователя и нагрузки.

Из рисунок 4 видно, что максимальную мощность можно снять с СБ на нагрузке с сопротивлением Я2.

Солнечные элементы на основе кремния имеют КПД 12 — 15 %. КПД лабораторных образцов в настоящее время достигает 23%. Мировое производство солнечных элементов превышает 50 МВт в год и увеличивается ежегодно на 30%.

Каскадное соединение фотопреобразователей позволяет построить СФЭЕ на мощности до сотен кВт. Общая площадь СБ, требуемая для получения необходимой мощности энергоустановки определяется с учётом КПД фотопреобразования и удельного уровня освещённости поверхности

СБ, которая зависит от времени суток, широты местности, метеоусловий, расположения поверхности фотопреобразователя относительно солнечного излучения.

а) б)

Рисунок 4 — Вольт-амперная характеристика фотопреобразователя при

различных сопротивлениях нагрузки (R¡, R2, R3)

В общем случае анализ научно-технической литературы показал, что перспективным является направление внедрения солнечных фотоэлектрических станций в Краснодарском крае [3].

Литература

1. Григораш О.В. Автономные источники электроэнергии: Состояние и перспективы / О. В. Григораш, С. В. Божко, А. Ю. Попов и др. — Краснодар 2012. с. 174.

2. Григораш О.В. Выбор оптимальной структуры системы автономного электроснабжения / О. В. Григораш, С. А. Симоненко, А. М. Передистый и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2—7. № 8. С.31-33.

3. Григораш О. В. Возобновляемые источники электроэнергии / О. В. Григораш, Ю. П. Степура, Р. А. Сулейманов и др. Краснодар, 2012, с. 272.

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/solnechnaya-energetika-sostoyanie-i-perspektivy

Ссылка на основную публикацию