Солнечные батареи: перспективы использования, эффективность - Relax-Nk.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Солнечные батареи: перспективы использования, эффективность

Солнечные батареи: перспективы использования, эффективность

Актуальность данной темы

В настоящее время во всем мире, в том числе и в нашей стране, остро встает вопрос о разработке и внедрении новых источников энергии. Всем известно, что наиболее значимыми из них на сегодняшний день являются нефть, природный газ, уголь, электричество. Запасы нефти и газа не безграничны, в силу всего этого необходимо искать альтернативные источники энергии. Одним из них является использование так называемых солнечных батарей. О солнечной энергетике знают уже давно, это предмет споров и дискуссий среди специалистов. Некоторые считают, что это большая перспектива на будущее, другие уверены в противоположном.

Схема подключения солнечных панелей.

Сейчас очень большое количество крупных кампаний вкладывает миллионы в развитие этой отрасли, в том числе в строительство солнечных электростанций. С одной стороны, солнечные батареи не требуют затрат при их эксплуатации, но стоимость данного оборудования высока. Часть специалистов утверждает, что прибыль от данного проекта не сможет покрыть расходы, связанные со строительством. В противовес этому данные устройства могут работать десятками и сотнями лет, поэтому при длительной эксплуатации прибыль будет налицо. Следует рассмотреть более подробно, какова эффективность солнечных батарей, факторы, ее определяющие. Но сперва нужно ознакомиться с принципом их работы, основными преимуществами.

Принцип работы солнечных батарей

Схема элементов солнечной батареи.

Всем известно, что электричество — это основной источник энергии. Но его можно получить и более простым путем. Солнце — это естественный источник энергии, который может широко использоваться в современном мире. Для солнечных батарей главным механизмом работы является поглощение солнечной энергии и преобразование ее в электрическую, а впоследствии в тепловую. Наиболее широкое применение эти устройства нашли в системе отопления частных домов.

Читайте также:  Небо на потолке своими руками сделать

Такие батареи представляют собой фотоэлектрические генераторы электрической энергии. У солнечных батарей есть полупроводниковый элемент, на который воздействуют солнечные лучи. Вследствие всего этого образуется постоянный электрический ток, который в дальнейшем используется для обогрева.

В цепях солнечных батарей генерируется напряжение, которое и имеет ценность. В состав аппарата входит аккумулятор, который способен накапливать энергию. Несомненно, для того чтобы это было возможно, потребуется солнечная погода. После накопления энергии, аккумулятор может снабжать потребителя теплом некоторое время в пасмурную погоду.

Эффективность солнечного оборудования

Стоит знать о производительности солнечных батарей. Опираясь на научные данные, можно утверждать, что энергия составляет примерно 1367 Вт на 1 м². В области экватора некоторое ее количество задерживается атмосферой, поэтому энергия, которая доходит до земли равна 1020 Вт.

В России же можно получить только 160 Вт/м² с учетом того, что коэффициент полезного действия солнечных батарей равен 16%.

Схема работы солнечной батареи.

К примеру, если установить солнечные батареи на площади в 1 км², то годовое количество полученной электроэнергии составит примерно 187 ГВт/ч (1173 * 0,16).

При этом большое значение имеет угол установки их относительно падающего света, в данном случае оптимальное его значение 40 °. Стоимость 1 кВт электроэнергии в настоящее время равна 3 рублям, стоимость электроустановки будет составлять 561 млн рублей. Коэффициент полезного действия данного оборудования непостоянен и зависит от нескольких факторов. Главный из них — интенсивность и продолжительность инсоляции, которая, в свою очередь, определяется погодными условиями, длительностью дня и ночи, то есть широтой местности. Огромное значение имеет и тип установочных солнечных батарей.

Эффективность для отопления частного дома

Большой интерес представляет собой использование подобного оборудования для отопления дома. Электричество — это отличный источник тепла. Многие дома имеют именно такую систему отопления. Нужно учитывать тот факт, что отопление частного дома с помощью такого источника целесообразно организовывать только для регионов с максимумом солнечной энергии. Для северных территорий, где бывают полярные ночи, потребуется другой подход. В этом случае рекомендуется совмещать использование солнечной энергии с другими типами отопления, например, газовым или отоплением на твердом топливе (печным).

Читайте также:  Межкомнатные двери мдф: отзывы и особенности установки своими руками

Все дело в том, что эффективность таких батарей в пасмурную погоду низкая, что может вызвать недостаток тепла. Поэтому отопление с помощью энергии солнца, преобразованной в электрическую, не рекомендуется применять обособленно от других. Оптимально использовать их только для экономии денег, когда это возможно. Таким образом, можно сделать вывод, что использование солнечных батарей не всегда может в полной мере обеспечить оптимальные микроклиматические условия в помещении, обогреть дом, в силу этого данный вид энергии рекомендуется применять совместно с другими видами отопления.

Экономическая эффективность

Схема солнечного коллектора.

Важное положение при использовании этого источника — экономическая выгода. Она напрямую зависит от мощности батареи и площади фотоэлектрических элементов, которые воспринимают лучи. Если взять для примера такой город, как Москва, то можно получить следующие интересные данные. Если мощность устройства составляет 800 Вт, то она позволяет ограниченно пользоваться бытовыми приборами, но не сможет обеспечить бесперебойную подачу электричества в течение суток для обогрева помещений.

При мощности устройства в 10 раз больше, то есть 8 кВт, оно позволит обогревать небольшие по площади помещения дома в осеннее и зимнее время. Весной же возможен полноценный обогрев всех помещений.

Устройство с мощностью 13,5 кВт практически полностью заменяет электричество, что может обеспечить постоянный обогрев дома во все месяцы года, за исключением ноября, декабря и января. В этом случае можно основные приборы оставить работать от солнечных аппаратов, а отопление подключить к центральной системе. Так можно прилично сэкономить. Самыми мощными генераторами являются те, которые имеют мощность 31,5 кВт. Они позволят полностью отказаться от основных видов энергообеспечения и использовать только энергию солнца на протяжении всего года длительное время. Но стоят такие аппараты дорого, что ограничивает их применение.

Читайте также:  Детская мебель из массива дерева: прочно, безопасно, красиво

Недостатки использования энергии солнца

Схема расположения солнечных панелей.

Несмотря на то, что электричество, полученное с помощью только энергии солнца, не требует при эксплуатации системы никаких капиталовложений, в данном вопросе много проблем. Во-первых, объем полученного электричества во многом зависит от следующих факторов: погоды, широты местности, мощности батарей.

Во-вторых, такие источники тепла являются в большей степени дополнительным средством, к примеру, для обогрева, что ограничивает их применение. В-третьих, установка подобного оборудования стоит больших денег. В частности, это касается крупных электростанций. Стоимость самих аккумуляторов на порядок превышает таковую для батарей.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

5 самых перспективных разработок солнечных батарей.

Применение солнечных батарей

Как работает солнечная батарея? Солнечные батареи используют кремниевые пластины, благодаря которым солнечный свет преобразовывается в электрическую энергию. На данный момент солнечные батареи пользуются достаточной популярностью и спросом. Их применение не ограничивается использованием на предприятиях и солнечных электростанциях производящих электроэнергию. Солнечные батареи используются в космической и телекоммуникационной сферах, медицине, автомобильной сфере и электронике.

На космических аппаратах солнечные батареи, в данное время, служат главным источником электроэнергии. Благодаря своей экологичности такие батареи намного безопаснее чем ядерные и радиоизотопные источники энергии. При этом, интересно знать, что эффективность солнечных батарей в космосе прямопропорционально зависит от расстояния космического аппарата к солнцу. К примеру, эффективность батареи возле Марса, будет намного ниже чем возле Земли, не говоря уже о Венере или Меркурие, возле которых эффективность возрастает в 2 и 6 раз соответственно.

В современных моделях авто, особенно экологичных электромобилях, производители практикуют установку солнечных панелей на крыше автомобиля. Такое расположение призвано обеспечить дополнительным зарядом машину, главное чтобы солнце светило ярко и не было туч. Безусловно, мощности одной такой панели еще недостаточно чтобы можно было навсегда забыть о каких либо дополнительных подзарядках автомобиля. Также применяют такой источник энергии при создании различной малогабаритной техники, по-типу смартфонов или планшетов. А также внешних источников подзарядки.

Кроме вышеперечисленных способов, панели часто устанавливают на обычных жилых домах. Здесь стоит заметить, что при неплохой эффективности, такие панели окупаются достаточно долгое время. По – этому, использовать дома солнечную батарею, возможно, не самый выгодный вариант, так как окупаемость по времени достаточно долгая. А производительность может недостаточно высокой, в зависимости от условий (недостаток солнца).

Используемые в солнечных батареях кремниевые пластины, на данный момент оптимальный, но не лучший из вариантов. Последнее время ученые активно ищут элементы, которые обеспечат более высокий кпд при преобразовании солнечного света в электроэнергию.

Теперь рассмотрим батареи будущего

1. В Америке была создана солнечная батарея основанная на полупроводниковых кристаллах. Это очень маленькие кристаллы, чей размер не превышает нескольких нанометров. При этом, эти крохотные элементы (квантовые точки) выдают высокий кпд. Особо красноречиво об эффективности этих кристаллов говорят показатели: 114% и 130% внешней и внутренней квантовой эффективности. Если вам эти цифры не о чем не говорят, то обращаем ваше внимание, что ранее до этого момента не один солнечный элемент не демонстрировал показателя выше 100%. Это возможно на данный момент самая перспективная разработка. В то же время, массового производства солнечных панелей основанных на такой технологии не стоит ждать в ближайшее время. Процесс создания такой солнечной панели достаточно сложный и дорогой.

2. Следующее необычное решение применил Прашант Камат, который вместе со своими помощниками создали краску способную генерировать энергию. Она состоит из квантовых точек диоксида титана, которые покрывают сульфидом кадмия, а так же селенидом кадмия, что имеет вид водно-спиртовой смеси. Эту смесь в виде пасты нанесли на стекло с проводящим слоем. После этого обожгли место с нанесенной пастой, в результате чего получилась фотогальваническая батарея. Для того чтобы с помощью такой батареи генерировать ток, вам требуется только электрод, а так же разместить батарею на солнце. После этого вы будете получать электроэнергию. Сила этой разработки заключается в ее относительной простоте, а так же в том, что наносить пасту вы можете буквально куда вздумается. После этого можно ездить на машине и генерировать энергию, покрасить дом и тому подобное. Главное, чтобы было побольше солнца. Это и есть главный недостаток разработки, ведь проблематично будет использовать такой ноу хау в северных регионах, где мало солнца. При этом, поскольку такая “батарея” может не занимать никакого важного места, то она будет приносить вам электрический ток в любой момент когда выглянет солнце. И при этом вы даже можете забыть о ней, ведь это не классическая солнечная батарея, а всего лишь специальный элемент имеющий вид пасты, который можно нанести небольшим слоем на что угодно.

Кпд этой краски совсем не велик, всего 1%, даже сравнительно с обычными кремниевыми элементами этого явно мало ( кпд меньше в 15 раз сравнимо с кремниевыми). Вы можете подумать, какой тогда смысл в такой солнечной “батарее”? эта краска может компенсировать небольшой кпд своей массовостью. Ведь для ее создания не нужно много денег, а если раскрасить большую территорию, то эффект может быть даже большим, чем от нескольких солнечных панелей.

3. А как вам идея создать солнечные батареи основанные на биологических молекулах, обладающими свойством собирать свет? Андреас Мершин воплотил такую идею в жизнь. Кпд итогового продута оказался достаточно низким – 0.1%. Да, это очень низкий показатель. Но! Поскольку это новая разработка, то она имеет еще достаточно вариантов для усовершенствования и развития, о чем и говорят разработчики. При реализации их идей, можно повысить кпд до 1 – 2%. А такой показатель уже достаточно конкурентоспособен. А если еще учесть что себестоимость такой биологической батареи очень низкая, то вероятность ее массовости значительно возрастает. К тому же, буквально каждый сможет сам создать такую установку. Для этого нужно иметь химический реактив и стог свежей травы.

4. Солнечные батареи на основе органических полимеров. В случаи с этим типом, важно наладить их массовое производство. Если это сделать, такие батареи будут дешевле конкурентных моделей, использующих кремний как основу. Даже на данный момент их кпд составляет 10.9% Существуют все шансы на то, что в ближайшие несколько лет полимерные батареи начнут массово производиться, и при этом достигнут показателя кпд в 15%. Такой показатель соответствует уровню кремниевых установок.

5. Еще одной перспективной разработкой являются сверхтонкие солнечные батареи. Японские ученые совместно с австрийскими коллегами создали такой вид батарей, который оказался невероятно тонким и гибким (толщина 1.9 мкм). Это самые тонкие из ранее созданных батарей. Такой “батареей” смогли обернуть человеческий волос. При разработке использовались все стандартные материалы, но вот подложку изготовили из полиэтилентерефталата. Выдает такая батарея кпд в 4.2%, что достаточно хороший результат, а если еще взять во внимание удельную мощность в 10 Ватт на грамм веса, что в 1000 раз больше от батарей с мультикристалическим кремнием. Становится понятно, что такие разработки достаточно перспективны, ведь при своем микроскопическом размере способны выдавать достаточно высокий кпд. Да, производственный процесс не отличается простотой и цена на такие разработки не самая низкая. Но если правильно подойти к вопросу и по-умному оптимизировать производство, можно сократить как расходы.

А когда появились первые солнечные батареи?

Да, немного нестандартный подход я выбрал к построению данной статьи. Обычно начинают с истории. Но поскольку мы движемся только в направлении будущего, именно оно для нас в приоритете. А историю мы познаем ради опыта и интереса. Потому так и поступим.

Вы может быть уже где-то читали подобную информацию, но наверняка во многих источниках речь шла о 19-20 столетиях. Что якобы именно тогда появились первые солнечные батареи. Это верно! Однако это только часть правды. Солнечная энергия используется людьми с самых давних времен. И несправедливо будет сказать, что все те виды древней эксплуатации солнца были чем-то отстраненным от солнечной батареи. Энергия каким-либо образом генерировалась и использовалась. Принцип по-сути один. Единственное отличие в накоплении.

В общем говоря. Углубляясь в историю вспоминается легенда, которая может иметь под собой все основания. Античная Греция.. Архимед..Сиракузы.. Вспоминаете? Речь в легенде была о том, что Архимед используя зажигательные зеркала сжег вражеский флот, осадивший его город. А турецкие султаны использовали солнце для подогрева воды, которую затем использовали в различных целях. А как на счет выпарить морскую воду на солнце, с целью получить поваренную соль? Не вопрос, ведь жители Африки из древних времен пользовались таким методом.

В 18 веке была созданна первая вогнутая линза, с помощью которой можно было поджигать деревья с растояния около 70 метров. А через небольшое время после этого был создан водонагреватель, немецким ученым Соссюром. Конструкция представляла из себя сбитый из дерева ящик, который сверху накрывался стекляной крышкой. В такой емкости в солнечный день, вода нагревалась до 88°С. А французский ученый А. Лавуазье в 1774 году использовал линзу, чтобы сконцентрировать солнечную энергию.

Современная же история, по стандарту, начинается в 1839 году, когда открыли фотогальванический эффект, который подразумевает преобразование энергии солнца в электроэнергию. Открыл этот эффект Александр Эдмон Бакерель. С этого времени, постепенно развивая и дополняя старые разработки, солнечные батареи двигались по пути прогресса. Естественно что за те 100 с лишним лет, от открытия эффекта и до нового времени, чередовались как периоды как интенсивного роста, так и застой. В конечном итоге, развитие обрело большую стремительность в те времена, когда началось производство спутников и активное освоение космоса. А первая промышленная солнечная батарея была установлена лишь в 1985 году.

Генерируемая солнцем энергия намного превышает потребности человечества. Важно только правильно научится использовать эту энергию, в как можно больших объемах, и тогда человечество не будет испытывать больше потребностей в электроэнергии, какие бы грандиозные и энергозатратные проекты мы не внедряли.

Энциклопедия домовладельца .

Мы в соцсетях

Популярные статьи

Вырастить дыню проще помидора

Ряска питательнее навоза

Карбамид против майского жука

Посадка саженцев на скорую руку

Уютно землянике в яичной кассете

Перспективы использования солнечных батарей

Рынок солнечной энергии для россиян пока остаётся диковинкой, а вот для жителей многих стран он уже стал «прозой жизни». Во всяком случае, наши соотечественники, побывавшие за рубежом, обращают внимание на массовое использование солнечных батарей в быту и коммунальном хозяйстве. В число «технологически продвинутых» регионов входят не только солнечные курорты Испании, Италии или, скажем, западное побережье США, но также, например, Германия, Швеция или Финляндия, где климатические условия близки к условиям Европейской части России. Поэтому опыт североевропейских стран для нас особенно интересен.

Солнечные батареи постепенно начинают применяться и в России. В первую очередь — как вспомогательная и аварийная система энергоснабжения, но они могут работать и автономно. Некачественное энергоснабжение обычно характерно для сельской местности — скажем, устаревшая сеть не рассчитана на большую нагрузку (раньше расчётная нагрузка на один дом составляла 2,5 кВт). Такая сеть способна выдержать подключение холодильника, телевизора и нескольких осветительных приборов. Если при этом будет работать ещё и современная стиральная машина с подогревом воды, то, вероятно, возникнут проблемы. Ну а при подключении более мощного водонагревателя или сварочного аппарата сеть просто не выдержит.

Солнечные батареи позволяют компенсировать недостаточную мощность сети (обычно 1,5-3 кВт) без потери комфорта. Причём управляющий компьютер способен составить расписание включения-выключения основных энергопотребляющих устройств в доме в зависимости от предполагаемого объёма выработанной электроэнергии, которую он высчитывает на основании метеопрогнозов, полученных через сети связи (Интернет). Допустим, завтра ожидается солнечная погода—значит, можно запланировать стирку.

ПОДБИРАЕМ СИСТЕМУ

Автономная система энергоснабжения, помимо солнечных батарей, включает в себя ещё несколько компонентов. Перечислим основные из них.

  • Инвертор — так сокращённо называют инверторный преобразователь постоянного тока в переменный (и наоборот). Инвертор — важнейшее устройство системы, к которому подключаются и другие источники тока (солнечные батареи, ветрогенератор, дизельный генератор и т. д.) через соответствующие контроллеры, комплект аккумуляторных батарей, внешнюю и внутридомовую электросети. Следует учесть, что модели инверторов, используемые совместно с электросетью, отличаются по конструкции от работающих автономно.
  • Контроллеры заряда солнечных батарей — устройства, отвечающие за эффективное преобразование вырабатываемой электроэнергии. Без контроллеров невозможна работа солнечных панелей с аккумуляторами — их пришлось бы вручную отключать от аккумуляторных батарей каждую ночь и в конце каждого заряда. Кроме того, контроллеры повышают эффективность функционирования солнечных панелей на 30-50 %.
  • Аккумуляторные батареи (АКБ) запасают энергию, ведь солнечные панели работают только в светлое время суток. Мы подробно поговорим о них в отдельной статье.
  • Реле управления внешними устройствами. В автономной системе они используются для включения и выключения групп устройств, на которые подаётся электроэнергия. Также реле применяются, например, для автоматического включения дизельного генератора в случае сильного снижения уровня заряда АКБ.

Кроме того, в систему могут входить дополнительные генераторы тока. Чаще всего—дизельный генератор, который играет роль аварийного, когда капризы погоды не позволяют солнечным батареям работать на полную мощность. Дизельный генератор целесообразнее использовать в системах с большим периодом времени отключения от сети (от нескольких суток и более).

Перед подбором компонентов системы необходимо рассчитать её технические характеристики — они будут определяться временем автономной работы установки, а также объёмом электроэнергии, который должны вырабатывать солнечные батареи. Оба параметра обуславливают стоимость системы, и при их выборе неопытные пользователи часто допускают досадные ошибки. Лучше всего доверить расчёт профессионалам.

ТИПЫ БАТАРЕИ

Производительность и долговечность солнечных батарей могут сильно различаться. Так, у недорогих китайских панелей КПД всего 4-5 %, а срок службы составляет 3-4 года. «Нормальные» батареи (в том числе китайские) имеют КПД 12-15 %, а срок службы — 25 лет. У высококлассных производителей (Kyocera, Sharp, Panasonic, Samsung) КПД батарей может достигать 15-18 %, а срок службы измеряется десятками лет. Зато и стоят такие устройства на порядок дороже. С каждым годом эффективность переработки солнечного света в электроэнергию растёт. Так, в 2014 г. разработанные Panasonic солнечные панели HIT, представляющие собой пластины из монокристаллического кремния, который окружён сверхтонкой плёнкой из аморфного кремния, обеспечили рекордный КПД в 25,6 %. В ближайшие годы ожидается появление панелей с КПД выше 30%.

Солнечные панели изготавливаются из кремния и в зависимости от его структуры бывают трёх типов: монокристаллические, поликристаллические и из аморфного кремния. Все разновидности имеют свои особенности.

Монокристаллические панели принято считать самыми лучшими. У них высокий КПД (около 18 % у элементов, 15,5 % у собранных из них батарей), срок службы около 50 лет. Однако эти устройства сложны в изготовлении и дороже моделей других типов.

Поликристаллические панели состоят, грубо говоря, из осколков монокристалла. Отличаются меньшим КПД (15 %у элементов и 12 % у всей системы), срок службы составляет 20-25 лет. Зато они стоят дешевле монокристаллических. Панели из аморфного кремния по своим характеристикам примерно соответствуют поликристаллическим (несколько лет назад аморфные устройства отставали по сроку службы, который составлял 5-10 лет, но у новых моделей параметры значительно улучшились).

Солнечные батареи различаются и по эффективности работы в разных условиях. Так, монокристалл и поликристалл хорошо функционируют при ярком солнечном освещении, а при облачности выработка энергии у них заметно падает. Панели из аморфного кремния в пасмурную погоду работают немного лучше, чем устройства из монокристалла или поликристалла (при одинаково установленной мощности). Поэтому первые предпочтительнее во время малосолнечного и дождливого лета. Кроме того, батареи из аморфного кремния менее зависимы от точности ориентации плоскости панели относительно угла падения солнечных лучей. Эффективны они и при косых лучах солнца. Кристаллические батареи рекомендуется размещать так, чтобы угол падения солнечных лучей был максимально близок к 90°. Однако аморфники имеют меньший срок службы и занимают достаточно большую площадь при одинаковой с монопанелями мощности (из-за низкого КПД), поэтому с финансовой точки зрения их установка менее выгодна.

Солнечные батареи обычно монтируют на крыше. Лучше всего подходит южный скат, особенно если угол его наклона совпадает с географической широтой.

Также распространён вариант размещения на двух смежных скатах, развёрнутых в юго-западном и юго-восточном направлениях. В этом случае на каждый скат помещают половину батарей. При этом общий объём выработанной электроэнергии немного уменьшается, но увеличивается время работы панелей. Когда оптимальное (в нашем случае — южное) направление использовать не получается, солнечные батареи можно разместить на скатах, развёрнутых на восток или запад. При этом придётся увеличить количество панелей, чтобы компенсировать снижение эффективности их работы. В населённых пунктах с географической широтой 55-60° и больше солнечные батареи можно располагать вертикально — на стене или даже на заборе. Если не удаётся разместить их на имеющихся сооружениях, для установки выбирают поворотные стенды, позволяющие использовать солнечные лучи с максимальной эффективностью. Стоимость стенда, изготовленного фабричным способом, составляет 50-70 тыс. руб., но можно сэкономить, уменьшив количество панелей, цена которых составляет по 10-20 тыс. руб. и более. Отдача от поворачивающихся панелей увеличивается примерно в 1,6 раза по сравнению с закреплёнными стационарно.

При круглогодичном использовании батарей их выгоднее размещать вертикально. Во-первых, зимой солнце не поднимается высоко над горизонтом и его лучи падают на вертикальную стену под углом, приближенном к прямому. Во-вторых (и это даже важнее), вертикальное расположение позволяет решить проблему очистки панелей от снега. Вообще в странах со снежной зимой не рекомендуется устанавливать батареи под углом наклона к горизонту менее 40°, чтобы на них не скапливался снег. Поэтому на плоской крыше солнечные батареи располагают под наклоном, на соответствующем основании-ферме.

Солнечная энергетика сегодня и перспективы её дальнейшего развития

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

Сам процесс носит название «Солнечная генерация». Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:

  • фотовольтарика;
  • гелиотермальная энергетика;
  • солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar. Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

  • нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
  • в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
  • сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Солнечный свет концентрируется на башне

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

  • Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
  • Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
  • Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
  • Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

  • Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
  • Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
  • Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
  • Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector